華盛頓大學(xué)的研究人員正在開發(fā)一種機器人系統(tǒng)

根據(jù)2010年的人口普查數(shù)據(jù)，美國大約有100萬成年人需要有人幫助他們吃飯。這是一項耗時且常常很難完成的任務(wù)，主要是出于必要而非選擇。

華盛頓大學(xué)的研究人員正在開發(fā)一種機器人系統(tǒng)，可以幫助簡化它。在識別盤子上的不同食物后，機器人可以制定如何使用叉子來拾取并將所需的食物送到人的口中的策略。

該團(tuán)隊在一系列論文中公布了其成果：一篇最近發(fā)表在IEEE機器人和自動化快報上，另一篇將于3月13日在ACM / IEEE韓國人機交互國際會議上發(fā)表。

“依靠照顧者每天喂食每一口都會帶走一個人的獨立感，”相應(yīng)的作者Siddhartha Srinivasa說，他是美國威斯康星大學(xué)Paul G. Allen計算機科學(xué)與工程學(xué)院的波音捐贈教授。“我們這個項目的目標(biāo)是讓人們更多地控制自己的生活。”

我們的想法是開發(fā)一種自動喂食系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以連接到人們的輪椅上，并為人們提供任何他們想吃的食物。

“當(dāng)我們開始這個項目時，我們意識到：人們根據(jù)它的大小，形狀或一致性可以吃很多食物的方式很多。我們?nèi)绾伍_始?” 共同作者，艾倫學(xué)校的博士后研究員Tapomayukh Bhattacharjee說。“因此，我們開展了一項實驗，了解人類如何食用葡萄和胡蘿卜等常見食物。”

研究人員在盤子里擺放了十幾種不同的食物，從堅硬的胡蘿卜到軟香蕉。這些盤子還包括西紅柿和葡萄等食物，它們具有堅韌的皮膚和柔軟的內(nèi)部。然后，團(tuán)隊給志愿者一個叉子，要求他們拿起不同的食物并將它們喂給人體模型。叉子包含一個傳感器，用于測量人們在拾取食物時使用的力量。

志愿者們采用各種策略來采摘具有不同濃度的食物。例如，人們以一定角度將香蕉等軟物串起來，以防止它們從叉子上滑落。對于像胡蘿卜和葡萄這樣的物品，志愿者傾向于使用擺動動作來增加力量并且每次咬一口矛。

“人們似乎不僅根據(jù)食物的大小和形狀使用不同的策略，而且還使用它的硬度或軟度。但我們真的需要這樣做嗎?” Bhattacharjee說。“我們決定用機器人做一個實驗，我們把它放在叉子上，直到叉子達(dá)到一定的深度，不管食物的類型如何。”

機器人使用相同的力量和歪斜策略來嘗試拾取所有食物，無論它們的一致性如何。它能夠撿起堅硬的食物，但它卻與柔軟的食物以及堅硬的皮膚和柔軟的內(nèi)臟相媲美。因此，像人類一樣，機器人需要調(diào)整用于拾取不同種類食物的力和角度。

該團(tuán)隊還指出，采摘一塊食物并將其喂給某人的行為并不是彼此獨立的。志愿者經(jīng)常會專門定位叉子上的一塊食物，以便它可以很容易地食用。

Bhattacharjee說：“你可以通過在棍子的中心歪斜來拾取胡蘿卜棒，但是一個人很難吃。” “另一方面，如果你在其中一端拾起它，然后將胡蘿卜傾向某人的嘴，那就更容易咬一口。”

為了設(shè)計基于食物項目而變化的歪斜和喂食策略，研究人員結(jié)合了兩種不同的算法。首先，他們使用一種稱為RetinaNet的物體檢測算法，該算法掃描印版，識別其上的食物類型，并在每個物品周圍放置一個框架。

然后他們開發(fā)了SPNet，這是一種算法，用于檢查特定框架中的食物類型，并告訴機器人獲取食物的最佳方式。例如，SPNet告訴機器人在中間串起一個草莓或一片香蕉，并在兩端之一處插入胡蘿卜。

團(tuán)隊讓機器人拿起食物并使用SPNet或更統(tǒng)一的策略將它們喂給志愿者：這種方法無論是什么，都會將每種食物的中心串起來。SPNet的各種策略優(yōu)于所有食物的統(tǒng)一方法或表現(xiàn)相同。

“許多工程挑戰(zhàn)對他們的解決方案并不挑剔，但這項研究與人們密切相關(guān)，”Srinivasa說。“如果我們不考慮一個人咬一口是多么容易，那么人們可能無法使用我們的系統(tǒng)。那里有各種各樣的食物，所以我們面臨的最大挑戰(zhàn)是制定策略這可以解決所有這些問題。“

該團(tuán)隊目前正在與可訪問技術(shù)的任務(wù)中心合作，以獲得來自輔助生活設(shè)施中的護(hù)理人員和患者的反饋，以了解如何改進(jìn)系統(tǒng)以滿足人們的需求。

“最終我們的目標(biāo)是讓我們的機器人幫助人們自己吃午餐或晚餐，”Srinivasa說。“但問題不在于取代護(hù)理人員：我們希望賦予他們權(quán)力。通過機器人幫助，護(hù)理人員可以設(shè)置盤子，然后在人們吃東西時做點別的事情。”