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华盛顿大学的研究人员正在开发一种机器人系统角尺

时间：2022年07月13日

根据2010年的人口普查数据，美国大约有100万成年人需要有人帮助他们吃饭。这是一项耗时且常常很难完成的任务，主要是出于必要而非选择。

华盛顿大学的研究人员正在开发一种机器人系统，可以帮助简化它。在识别盘子上的不同食物后，机器人可以制定如何使用叉子来拾取并将所需的食物送到人的口中的策略。

该团队在一系列论文中公布了其成果：一篇最近发表在ieee机器人和自动化快报上，另一篇将于3月13日在acm / ieee韩国人机交互国际会议上发表。

“依靠照顾者每天喂食每一口都会带走一个人的独立感，”相应的作者siddhartha srinivasa说，他是美国威斯康星大学paul g. allen计算机科学与工程学院的波音捐赠教授。“我们这个项目的目标是让人们更多地控制自己的生活。”

我们的想法是开发一种自动喂食系统，该系统可以连接到人们的轮椅上，并为人们提供任何他们想吃的食物。

“当我们开始这个项目时，我们意识到：人们根据它的大小，形状或一致性可以吃很多食物的方式很多。我们如何开始?” 共同作者，艾伦学校的博士后研究员tapomayukh bhattacharjee说。“因此，我们开展了一项实验，了解人类如何食用葡萄和胡萝卜等常见食物。”

研究人员在盘子里摆放了十几种不同的食物，从坚硬的胡萝卜到软香蕉。这些盘子还包括西红柿和葡萄等食物，它们具有坚韧的皮肤和柔软的内部。然后，团队给志愿者一个叉子，要求他们拿起不同的食物并将它们喂给人体模型。叉子包含一个传感器，用于测量人们在拾取食物时使用的力量。

志愿者们采用各种策略来采摘具有不同浓度的食物。例如，人们以一定角度将香蕉等软物串起来，以防止它们从叉子上滑落。对于像胡萝卜和葡萄这样的物品，志愿者倾向于使用摆动动作来增加力量并且每次咬一口矛。

“人们似乎不仅根据食物的大小和形状使用不同的策略，而且还使用它的硬度或软度。但我们真的需要这样做吗?” bhattacharjee说。“我们决定用机器人做一个实验，我们把它放在叉子上，直到叉子达到一定的深度，不管食物的类型如何。”

机器人使用相同的力量和歪斜策略来尝试拾取所有食物，无论它们的一致性如何。它能够捡起坚硬的食物，但它却与柔软的食物以及坚硬的皮肤和柔软的内脏相媲美。因此，像人类一样，机器人需要调整用于拾取不同种类食物的力和角度。

该团队还指出，采摘一块食物并将其喂给某人的行为并不是彼此独立的。志愿者经常会专门定位叉子上的一块食物，以便它可以很容易地食用。

bhattacharjee说：“你可以通过在棍子的中心歪斜来拾取胡萝卜棒，但是一个人很难吃。” “另一方面，如果你在其中一端拾起它，然后将胡萝卜倾向某人的嘴，那就更容易咬一口。”

为了设计基于食物项目而变化的歪斜和喂食策略，研究人员结合了两种不同的算法。首先，他们使用一种称为retinanet的物体检测算法，该算法扫描印版，识别其上的食物类型，并在每个物品周围放置一个框架。

然后他们开发了spnet，这是一种算法，用于检查特定框架中的食物类型，并告诉机器人获取食物的最佳方式。例如，spnet告诉机器人在中间串起一个草莓或一片香蕉，并在两端之一处插入胡萝卜。

团队让机器人拿起食物并使用spnet或更统一的策略将它们喂给志愿者：这种方法无论是什么，都会将每种食物的中心串起来。spnet的各种策略优于所有食物的统一方法或表现相同。

“许多工程挑战对他们的解决方案并不挑剔，但这项研究与人们密切相关，”srinivasa说。“如果我们不考虑一个人咬一口是多么容易，那么人们可能无法使用我们的系统。那里有各种各样的食物，所以我们面临的最大挑战是制定策略这可以解决所有这些问题。“

该团队目前正在与可访问技术的任务中心合作，以获得来自辅助生活设施中的护理人员和患者的反馈，以了解如何改进系统以满足人们的需求。

“最终我们的目标是让我们的机器人帮助人们自己吃午餐或晚餐，”srinivasa说。“但问题不在于取代护理人员：我们希望赋予他们权力。通过机器人帮助，护理人员可以设置盘子，然后在人们吃东西时做点别的事情。”