机器人也会梳头了:直发卷发都能梳,梳开打结头发不会痛

近日,来自麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)和哈佛大学软数学实验室的科学家们开发了一种带有感应软刷的机械臂装置,也就是“梳头机器人”RoboWig

▲ RoboWig 在假发上测试梳头功能

该团队的控制策略是,根据他们建立的毛发纤维底层模型和配备在机器人上的摄像头,让机器人感知毛发的卷曲和打结程度,并依据人的疼痛感等反馈进行适应性调整。他们对 RoboWig 进行了测试,用它来梳理各种不同卷曲度的头发

这项研究成果于本月早些时候发表在国际知名学术会议 IEEE RoboSoft(IEEE 软体机器人国际会议)上,论文题目为《理解机器人梳头时柔软纤维的缠结(Understanding the Entanglement of Soft Fibers for Robotic Hair Brushing )》。

论文链接:点此查看

建立“毛发打结”模型,机器人感知卷曲度

在 RoboWig 出现之前,机器人梳理毛发领域的研究主要集中在头发的力学、动态和视觉特性上,而 RoboWig 则专注于头发的缠结和自身梳理行为的调节。

RoboWig 的毛发纤维底层模型是它的动力所在。CSAIL 博士后乔西・休斯(Josie Hughes)和她的团队选择用一组像 DNA 链一样的缠绕双螺旋模型来代表缠结的头发。这种模型为操纵软纤维束的数学模型和控制系统提供了参考。

▲ RoboWig 自动分析头发卷曲的程度

休斯说:“我们用模型表现了头发是如何缠绕在一起的。人在学梳头的时候可以明白这个过程,但现在我们可以通过模型来演示,再教会机器人。”

要真正“教会”机器人如何梳头是十分复杂的。因为每个人的头发情况都是不同的,梳理时头发之间错综复杂的相互作用很容易导致打结。而且如果梳理不当,很可能会扯痛人的头皮,或对头发造成损伤。

根据反馈自动选择梳头力度

RoboWig 的机械臂上有一个软毛感应刷,可以测量梳理过程中的力。研究人员将软毛感应刷与一种“闭环控制系统”结合起来,该系统从输出中获得反馈,并在不需要人工干预的情况下自动执行动作。这样,就可以让用户对梳头的感觉进行反馈,从而优化每次梳理的头发的长度,同时考虑到人类的疼痛感和梳头所花费的时间

最初的测试在许多不同发型和卷曲程度的假发上进行。RoboWig 可以根据头发缠结的数量来选择适当的梳理长度,有效地梳开缠结。例如,对于卷曲的头发,就要主要考虑人的疼痛因素,所以最好轻轻梳理,每次只梳理一小段头发。

该团队希望最终在人类身上进行更真实的实验,以便更好地理解 RoboWig 对人类不同的疼痛体验的表现。人的疼痛体验是一个非常主观的度量,因为不同的人对疼痛的感觉和耐受度都不一样。

结语:机器人技术助力护理等领域

随着机器人技术在个人护理领域的不断深入,各式各样的精巧机器人早已开始面世。2011 年,日本科技巨头松下(Panasonic)研发了一款可以洗头、按摩、吹干头发的机器人,旨在帮助老年人和行动不便的人,同时减轻照顾者的负担。

在未来,像 RoboWig 这种机器人的毛发梳理功能或许还会扩展到更多的领域。正如休斯所说:“为了让机器人能完成更复杂的任务,比如梳头发,我们不仅需要新的安全硬件,还需要更了解头发这类柔软的纤维缠结的行为。除了梳头,我们提供的模型还可以用于梳理纺织品纤维,或动物纤维。”

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