美國密蘇里科技大學(xué)機(jī)械和航空航天工程系助理教授Yun Seong Song博士和他的互動機(jī)器人Ophrie

美國密蘇里科技大學(xué)（MissouriS&T）研究人員的一項(xiàng)新研究顯示，人類受試者在與機(jī)器人向?qū)y手行走時，如何在行走過程中的不同時間內(nèi)僵硬或放松手臂。研究人員對這些動作的分析可以幫助設(shè)計(jì)出更智能、更像人類的機(jī)器人向?qū)Ш椭帧?/p>

密蘇里科技大學(xué)的研究人員在最近發(fā)表在《科學(xué)報告》雜志上的一篇論文中寫道："這項(xiàng)工作首次測量和分析了機(jī)器人引導(dǎo)者和人類跟隨者之間地面物理互動過程中的人類手臂僵硬度。”

首席研究員，密蘇里科技大學(xué)機(jī)械和航空航天工程助理教授Yun Seong Song博士，將這些發(fā)現(xiàn)描述為 "開發(fā)一個在與人類伙伴進(jìn)行物理互動時與人類相似的機(jī)器人的早期步驟"。

"這與擁有能夠與我們無縫互動的輔助機(jī)器人的想法有關(guān)。"Song說。

人類在執(zhí)行某些任務(wù)時，經(jīng)常在沒有語言交流，甚至沒有視覺提示的情況下進(jìn)行互動，比如一個人幫助另一個人走路，或者一對夫婦跳華爾茲。在他們的《科學(xué)報告》論文中，研究人員描述了當(dāng)機(jī)器人向?qū)а刂齻€不同的軌跡與人類一起行走時產(chǎn)生的作用力。

Song說："乍一看，身體互動是一項(xiàng)動態(tài)任務(wù)，力量交換由互動者的被動屬性決定。但如果你研究一下人類是如何處理身體互動的，你就會意識到，必須不斷地處理信息和決策，以推斷對方的意圖。揭示發(fā)生這種情況的機(jī)制將有助于我們設(shè)計(jì)出能夠與人類伙伴無縫互動的未來機(jī)器人。“

Song說："即使沒有明確的共同目標(biāo)，兩個人類伙伴也可以通過身體互動來完成協(xié)作任務(wù)。"Song和他的密蘇里科技大學(xué)研究人員，心理科學(xué)副教授Devin Burns博士和Sambad Regmi博士，后者于2022年5月獲得密蘇里科技大學(xué)博士學(xué)位。" Burns幫助設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并 "嚴(yán)格解釋數(shù)據(jù)"，同時共同指導(dǎo)Regmi。

(a) 地面PHRI實(shí)驗(yàn)裝置示意圖（俯視圖）。AB、BC、BD/BG、DE/GH和EF/HI的水平長度分別為1.5米、3.95米、1.25米、1.85米和0.85米。D和G（因此F和I）相距0.5米。(b) 一名研究人員手持機(jī)器人手柄，在試驗(yàn)開始時演示姿勢。資料來源：《科學(xué)報告》（2022）。DOI: 10.1038/s41598-022-23496-z

研究人員使用他們最近開發(fā)的交互式機(jī)器人Ophrie，模擬了一項(xiàng)引導(dǎo)式行走任務(wù)，要求人類受試者在握住機(jī)器人手臂上的把手時閉上眼睛。Ophrie是Overground Physical Human Robot Interaction的縮寫，它被編程為在行走的前1.5米（大約5英尺）內(nèi)按直線軌跡移動，然后向左或向右偏離或繼續(xù)直線軌跡。受試者被期望對通過手柄傳遞的觸覺提示做出反應(yīng)，以感知機(jī)器人的運(yùn)動。

密蘇里科技大學(xué)的研究人員在行走過程中的兩個點(diǎn)測量了手臂的僵硬程度：一是當(dāng)機(jī)器人可以采取三種不同的軌跡之一時，此時人類受試者對路徑的確定性較低；二是在行走結(jié)束時，受試者對機(jī)器人的路徑更加確定。

研究人員寫道："我們觀察到，在機(jī)器人即將出現(xiàn)的軌跡未知的時刻，手臂的僵硬程度比它可預(yù)測的時刻要低。這提出了 "在地面物理互動過程中，為了更好地進(jìn)行運(yùn)動交流而進(jìn)行手臂硬度調(diào)節(jié)的第一個證據(jù)。“

10名20多歲的人類受試者參加了這些實(shí)驗(yàn)。10人中有9人是男性，1人是左撇子，沒有人報告任何神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

Song說："了解人類和機(jī)器人之間的這種互動可以導(dǎo)致機(jī)器人設(shè)計(jì)的改進(jìn)。互動式機(jī)器人助手可用于老年人護(hù)理、物理治療和其他領(lǐng)域。"

Song說："就像人類的伙伴一樣，這些機(jī)器人將幫助建筑工人搬運(yùn)貨物，或者幫助有行動問題的老人從臥室走到廚房。我們希望這些機(jī)器人的性能有效，使用和溝通直觀，互動安全，同時與人類伙伴保持身體接觸。"