Article Thumbnail

Ekstra Robotik Kolla Yapabilecekleriniz

  • 23 Eylül 2021 14:07

Teoride ekstra robotik uzuvlara sahip olmak kulağa hoş geliyor. Fazladan bir kolla her türlü şeyi yapabilirsin! Aynı anda üç frizbi atmak! Aynı anda üç kat daha fazla pizza yemek! Üç başparmak vermek! Başka şeyler! Cidden, fazladan robotik uzuvlar hakkında gerçekçi olacaksak, insanların onları gerçekten ne için istediğini bilmek zorundayız. Guy Hoffman'ın Cornell'deki laboratuvarı, robot parçalarını insanlara yapıştırma konusunda biraz deneyime sahip ve RO-MAN 2017'de sunulan bir makalede, yüksek lisans öğrencisi Vighnesh Vatsal, üçüncü bir kolun gerçekten yararlı olabileceği görev türlerini çözüyor.

Cornell araştırmacılarının denediği robotik kol, gövdeye monte edilmiş ekstra bir kol ile ele monte edilmiş ekstra parmaklar (veya ekstra bir başparmak) arasında bir uzlaşma olan yeni bir tasarımdır. Dirseğinize taktığınız biraz kalın bir kol ve kavrayıcı:

 

Giyilebilir robotik önkol, Cornell araştırmacıları tarafından tasarlandı.

 

Kol 120 derece dönebilir (kayabilir) ve tutucusunu (Yale OpenHand'e dayalıdır) 16 santimetre uzatabilir. Yaklaşık 2 kg ağırlığındadır. Sadece 3 derecelik serbestlik ile bu kol, mevcut uzuvlarınızın veya parmaklarınızın yeteneklerinin doğrudan yerini alması için tasarlanmamıştır, ancak size birçok faydalı şekilde yardımcı olabilir. Bu yöntemlerin ne olduğunu anlamak için araştırmacılar beyin fırtınası oturumları düzenlediler ve hatta arkadaşlarının sosyal medyadaki fikirlerini sordular (ki bu inanılmaz derecede riskli bir fikir gibi görünüyor): "Giyilebilir bir robotik üçüncü kolu ne için kullanırsınız?" İşte kalabalığın bilgeliğinin ortaya çıkardığı şey:

 

Giyilebilir robotik kol için olası uygulamalar.

 

Bu kullanım bağlamlarının yanı sıra, araştırmacılar kol için altı kullanım işlevi de belirlediler:

Nesneleri taşımak ve insan-robot devir işlemlerini gerçekleştirmek.

Ortamdaki nesneleri kavrayarak ve destekleyerek kullanıcıyı dengelemek.

Kullanıcının tuttuğu bir nesneyi stabilize etme.

Kimyasallar ve ocaklar gibi tehlikeli nesnelerin taşınması.

Nesneleri kullanıcının erişemeyeceği veya eller meşgulken uzaklaştırmak.

Örneğin, yardım için bir iş arkadaşına işaret etmek için robotik kolu kullanarak sinyal vermek.

Bu verilere dayanarak, kolun belirli tasarım özelliklerini ve gereksinimlerini iyileştirmeye yardımcı olmak için çevrimiçi bir anket kullanıldı:

Giyilebilir bir robotik üçüncü kol, geniş bir farkla, sosyal kullanımlardan ziyade işlevsel bir araç olarak daha kullanışlı olarak kabul edildi. Ayrıca, insanlar profesyonel ve askeri ortamlarda ve en azından eğlence bağlamlarında daha yararlı olduğunu düşündüler. Benzer şekilde, katılımcılar kendilerini genellikle üçüncü kolu işlevsel kullanım için daha fazla kullanırken görebilirler, ancak kişisel bağlamı kendi kullanımları için daha olası olarak seçtiler. Genel olarak, katılımcılar, genel olarak ne kadar yararlı olarak derecelendirdiklerine kıyasla, böyle bir robotu kullanma olasılığının daha düşük olduğunu düşündüler.

Ne yazık ki bu, araştırmacıları "üç kollu nihai bir frizbi liginde değerli bir araç" yerine "profesyonel bir ortamda değerli bir araç" olarak ekstra bir robotik kol fikrini sürdürmeleri gerektiği sonucuna varmalarına yol açtı. Oh iyi.

Cornell Üniversitesi kampüsünde bina tadilatları üzerinde çalışan bir ekip, bina inşaatı alanında bazı tavsiyelerde bulundu ve bu, birkaç farklı uygulamayı araştıran bir kullanılabilirlik çalışmasına yol açtı:

https://www.youtube.com/watch?v=FWtD6YCaT4c

İşte araştırmacıların öğrendiği birkaç şey:

Robotun ağırlığı, katılımcılar için büyük bir endişe kaynağıydı. Kullanıcılar genellikle görevi yerine getirmek için mücadele ettiler ve bir durumda, üçüncü kolu serbest elleriyle tutmak zorunda kaldılar. Genel olarak, önkol genellikle arzu edilen bir yer olarak kabul edilmedi.

Katılımcılar, özellikle son efektörden kendilerine sunulandan daha fazla el becerisi istediler. Katılımcılar tarafından istenen belirli DoF'ler, uygulama alanına güçlü bir şekilde bağlıydı. Kimya laboratuvarlarında çalışmış olan bir katılımcı, üçüncü kolun "küçük bir spatula ile [küçük] miktarlarda tozu dışarı atabilmesinin" faydalı olacağını söyledi.

Pek çok katılımcı, robot kolun en azından bir miktar özerklikle ses kontrolünü istedi: "Ona bir şey yapmasını söyleyebilmek istiyorum ve sadece yapsın."

Bu çalışmada, robot açık döngü kontrollüydü, yani önceden belirlenmiş bir yörüngeden geçti. Katılımcıların çoğu, yörünge boyunca kolun niyetinin net olmadığını yorumladı: “Ne zaman nesneleri almak veya düşürmek için hiçbir uyarı hissetmiyordum.”

Giyilebilir bir üçüncü kol cihazının görünümü hakkında konuşurken, kullanıcıların hayal güçleri genellikle kurgusal karakterler tarafından bilgilendirildi. Birkaç durumda, katılımcılar cihazın mevcut protez cihazlar üzerinde modellenmesini önerdi. Bununla birlikte, en belirgin olarak, katılımcılar vücutlarına bağlı başka bir insan benzeri kol fikrini "biraz ürkütücü" buldular, özellikle "insan derisine veya etine benzeyecekse". Bir katılımcı bunun “[...] korkutucu olacağını söyledi. Başka birinin kolu gibi hissettirirdi ama orada kimse yok.”

Bu tür çalışmalar önemlidir çünkü robotiğin hızı o kadar hızlıdır ki, çoğu zaman teknolojiyle yapabileceğimiz şeyler, bu yeteneklere yönelik herhangi bir rasyonel ihtiyacı geride bırakır (size bakıyorum, şehir içi teslimat dronları). Üçüncü bir robotik kol fikri kulağa harika gelse de, insanlar onları pratik ortamlarda kullanmaya başladığında her türlü sorun ortaya çıkıyor. Bu sorunlar elbette ölümcül değil, ancak bu, araştırmacıların, kullanıcıların değerli bulacakları ve mutlu olacakları donanım ve yazılımları bulma hedefiyle öğrendiklerine dayalı olarak bir dizi prototip geliştirecekleri anlamına geliyor. ile birlikte.

 

Daha fazla ayrıntı için makalenin baş yazarı Vighnesh Vatsal ile e-posta yoluyla konuştuk.

 

IEEE Spectrum: Giyilebilir robot tasarımınıza dahil edeceğiniz belirli işlevselliğe nasıl karar verdiniz?

Vighnesh Vatsal: İlk olarak, robotun özel işlevselliği için aklımızda insan büyütme vardı. Mevcut insan yeteneklerini değiştiren veya artıran protezler ve dış iskeletlerin aksine, normalde insanlarda bulunmayan hareket modları eklemek istedik. Bu nedenle dirsekte yatay kaydırma ve uzunluk uzatma yetenekleri. Ardından, kolun kolayca hareket edebilecek kadar hafif olmasını, ancak yine de bir kişinin erişimini genişletmesini ve aynı anda daha fazla yerde çalışmasına izin vermesini istedik.

Neden özellikle bina inşaatını araştırmayı seçtiniz? Umut verici görünen diğer alanlardan bahsedebilir misiniz?

Bina inşaatı, aradığımız birçok faktörü bir araya getiriyor: tekrarlayan ve fiziksel olarak zorlu görevler, seç ve yerleştir görevleri ve insanlar arasında geçişleri içeren senaryolar ve zaten makinelerle çalışma konusunda yeterliliği olan potansiyel kullanıcılar. Çevrimiçi ankette belirlenen bir diğer umut verici profesyonel alan, süpermarketlerde ve depolarda paketleri istiflerken ve raflardan alırken paketlerin işlenmesiydi. Beyin fırtınası oturumu açık uçlu olduğundan, yanıtlar “kitap okurken köpeğimin kulağını kaşımaktan”, “kaya tırmanışı sırasında ekstra destek sağlamaya” ve aradaki her şeye kadar uzanıyordu.

Çalışmanızdan ortaya çıkan tasarım çıkarımlarının, şu anda bir robotik sistemle nelerin mümkün olduğuna dair pratik bir görüşü yansıttığını düşünüyor musunuz? Bunlardan birini kendim için satın almadan önce ne olması gerekiyor?

Azaltılmış ağırlık, daha iyi el becerisi ve sesli veya görsel geri bildirim gibi bazı tasarım sonuçları, mevcut teknoloji ile kesinlikle uygulanabilir. Paylaşılan özerklik ve kullanıcı ile robot arasındaki işbirliği gibi diğer çıkarımlar, kontrol teorisi ve yapay zekadaki açık sorunları temsil eder ve bunlar bir sonraki araştırma aşamamızın odak noktasıdır.

Belirli uygulamalar için tasarlanmış giyilebilir cihazların yakında ürün olarak çıkacağını hayal edebiliriz, ancak daha genel amaçlı cihazlar muhtemelen gelecekte çok daha ileride olacak.

Sonraki çalışman ne?

Şu anda güvenliği ve ergonomiyi iyileştirmek için robotun biyomekanik yönlerini inceliyoruz. Aynı zamanda, robotun hareket planında kullanıcının neden olduğu rahatsızlıkların üstesinden gelebilecek yol planlayıcılar ve kontrolörler üzerinde çalışıyoruz. Ayrıca, işbirlikçi montaj veya temizleme görevlerini içeren bir görev için robot davranışlarını öğretmeye çalışıyoruz.

 

-

Referanslar: https://spectrum.ieee.org/things-you-can-do-with-an-extra-robotic-arm#toggle-gdpr