یک شست رباتیک جدید به شما کمک می کند کارهای دو دستی را با یک دست انجام دهید

محققان دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو از شست رباتیک جدیدی به نام EgoThumb رونمایی کردند که به افراد اجازه می دهد تا برخی از کارهایی را انجام دهند که معمولاً نیاز به استفاده از هر دو دست را تنها با یک دست دارند.

این فناوری پوشیدنی با کمک هوش مصنوعی و یک دوربین کوچک، حرکات دست و اشیاء اطراف را تشخیص می دهد و می تواند به طور خودکار اجسام را نگه دارد یا رها کند.

انسان برای انجام بسیاری از کارهای روزانه به هر دو دست نیاز دارد. به عنوان مثال، هنگام باز کردن یک بطری، یک دست بطری را نگه می دارد و دست دیگر آن را می چرخاند. با توسعه EgoThumb، محققان سعی کرده اند بر این محدودیت غلبه کنند و یک انگشت اضافی در اختیار کاربران قرار دهند که می تواند اشیاء را نگه دارد و در عین حال انگشتان طبیعی دست را برای کارهای دیگر آزاد می گذارد.

جیاوئی فو، یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه، در مصاحبه با Tech Xplore توضیح داد که ایده اولیه این فناوری هنگام لحیم کاری سیم ها به ذهنش خطور کرد. او گفت:

اغلب هنگام کار با لحیم کاری، افزودن سیم لحیم کاری، اعمال شار و نگه داشتن سیم ها در جای خود به یک دست اضافی نیاز دارم. حتی استفاده از پایه های مخصوص برای نگه داشتن قطعات، هماهنگی تمامی این وظایف را با مشکل مواجه می کرد. این باعث شد به این فکر کنم که آیا یک انگشت روباتیک پوشیدنی می تواند اشیاء را نگه دارد در حالی که انگشتان من را برای انجام کارهای دیگر آزاد می گذارد.

انگشت رباتیک چگونه کار می کند؟

فو و همکارانش تلاش کردند تا یک سیستم فشرده و پوشیدنی ایجاد کنند که اشیاء را مانند یک شست اضافی نگه می دارد تا کاربر بتواند با انگشتان طبیعی خود آنها را دستکاری کند. هدف دیگر آنها این بود که انگشت رباتیک به طور خودکار با استفاده از تصاویر دست و اشیاء اطراف و همچنین اطلاعاتی در مورد وضعیت مفاصل خود، زمان مناسب برای گرفتن یا رها کردن اشیا را تشخیص دهد.

EgoThumb از سه مفصل تشکیل شده است که هر یک با کمک دو تاندون حرکت می کند. یکی برای خم کردن انگشت و دیگری برای صاف کردن آن. موتورهای کوچکی که وظیفه حرکت انگشت را بر عهده دارند بر روی ساعد کاربر نصب می شوند تا وزن آنها به دست تحمیل نشود.

این سیستم همچنین مجهز به یک دوربین کوچک با زاویه دید وسیع است که در نزدیکی کف دست قرار می گیرد. این دوربین به طور مداوم از دست کاربر، انگشت روباتیک و اشیاء اطراف عکس می گیرد.

فو در مورد نحوه آموزش هوش مصنوعی ماشین توضیح داد که محققان از روشی به نام یادگیری تقلیدی استفاده کردند. در این روش هوش مصنوعی با مشاهده اعمال انسان یاد می گیرد که چگونه انگشت رباتیک را کنترل کند. برای ارائه داده های آموزشی، شخص حرکات انگشت را از طریق یک رابط کنترل شده با پا هدایت می کند. پس از اتمام آموزش، مدل هوش مصنوعی می تواند با بررسی تصاویر دوربین و وضعیت فعلی مفاصل انگشت، حرکت بعدی را پیش بینی کند. بدون اینکه کاربر برای هر حرکت دستور جداگانه ای صادر کند.

در نمونه اولیه EgoThumb، پردازش تصاویر دوربین و برنامه ریزی حرکات آینده توسط یک کامپیوتر خارجی متصل به دستگاه انجام می شود.

عملکرد EgoThumb در تست ها

محققان عملکرد این فناوری را در آزمایشات آزمایشگاهی با حضور سه کاربر و در چهار فعالیت مختلف ارزیابی کردند. این فعالیت ها شامل برداشتن یک مکعب، باز کردن یک بطری، هم زدن چای و حرکت دادن توپ از مکانی به مکان دیگر بود. در هر چهار فعالیت، انگشت رباتیک به کاربران کمک می کرد تا وظایف خود را تنها با یک دست انجام دهند.

به عنوان مثال، هنگامی که کاربر دستش را به سمت یک بطری می برد، EgoThumb می تواند به طور خودکار بطری را بگیرد و ثابت نگه دارد تا زمانی که انگشتان طبیعی دست آن را باز کنند. پس از قرار دادن بطری روی سطح، دستگاه آن را نیز رها می کند.

محققان همچنین عملکرد این فناوری را با کاربران مختلف و در شرایط مختلف آزمایش کردند. نتایج نشان داد که دو کاربر که در مرحله آموزش اولیه حضور نداشتند، در صورتی که اشیا در محدوده‌هایی قرار می‌گرفتند که هوش مصنوعی با آن آشنا بود، عملکردی مشابه مربی داشتند.

فو درباره نتایج اولیه این آزمایشات گفت:

امیدوارکننده‌ترین یافته این است که EgoThumb می‌تواند هماهنگی با دست انسان را بدون نیاز به دستور مستقیم کاربر برای گرفتن هر بار یک شی یاد بگیرد. در ارزیابی اولیه ما، با 10 آزمایش برای هر فعالیت و هر کاربر، میانگین میزان موفقیت برای چهار فعالیت برای مربی فردی 90٪ بود. این عدد برای دو کاربر جدید به ترتیب به 92.5 و 87.5 درصد رسید.

البته عملکرد دستگاه در شرایط ناآشنا چندان مطلوب نبود.

در یک آزمون جداگانه برای هم زدن چای، میانگین میزان موفقیت در دو محیطی که قبلاً در تمرین استفاده نشده بود، به ترتیب 67 و 73 درصد ثبت شد. محققان همچنین دریافتند که عملکرد EgoThumb در برخی از فعالیت‌ها با افزایش محدوده‌ای که اجسام در آن قرار می‌گیرند یا باید جابجا شوند، کاهش می‌یابد.

آینده شست رباتیک

این تحقیق نشان می دهد که انگشتان رباتیک پوشیدنی می توانند به افراد کمک کنند تا برخی از فعالیت های روزانه را تنها با یک دست انجام دهند. با این حال، EgoThumb هنوز یک نمونه اولیه تحقیقاتی است و برای استفاده در موقعیت‌های متنوع‌تر به توسعه و آزمایش بیشتری نیاز دارد.

فو معتقد است که استقلال مبتنی بر بینایی ماشین می تواند استفاده از فناوری های رباتیک پوشیدنی را طبیعی تر و ساده تر کند. او توضیح داد که این ربات به جای وادار کردن افراد به کنترل آگاهانه یک انگشت اضافی، می تواند با توجه به شرایط و هدف از حرکات کاربر به کاربر کمک کند. به گفته وی، این تحقیق گامی اولیه برای توسعه ربات های پوشیدنی هوشمند است که مکمل توانایی های حرکتی انسان در فعالیت های روزانه است.

طراحی سخت افزاری و نرم افزاری EgoThumb به صورت متن باز منتشر شده است و سایر توسعه دهندگان می توانند از طریق وب سایت پروژه به آنها دسترسی داشته باشند. محققان امیدوارند که این پروژه راه را برای تحقیقات بیشتر در مورد سیستم های رباتیک پوشیدنی و هوشمند هموار کند.

در گام های بعدی، تیم تحقیقاتی قصد دارد تا اندازه انگشت رباتیک را کاهش دهد و با بهبود محل قرارگیری دوربین، استفاده از آن را برای کاربران آسان کند. همچنین افزودن سنسورهای لمسی از دیگر برنامه های آینده این پروژه است.

فو نتیجه گرفت:

ما علاقه مندیم حسگرهای لمسی را به انگشت رباتیک اضافه کنیم تا این دستگاه بتواند تماس با محیط اطراف را مانند انگشت انسان احساس کند. با ترکیب بینایی و لمس، امید این است که EgoThumb بتواند تماس با اشیاء را بهتر تشخیص دهد و نحوه نگه داشتن آنها را تنظیم کند تا به کاربران در طیف وسیع تری از فعالیت ها کمک کند.