Roboticky asistovaný obvazový systém se přizpůsobí různým pozicím, typům těla a oděvům
Většina lidí bere oblékání jako samozřejmost. Údaje z Národního centra pro zdravotní statistiku však ukazují, že 92 % obyvatel pečovatelských zařízení a pacientů v domácí péči potřebuje pomoc s oblékáním.
Vědci z Institutu robotiky (RI) na Carnegie Mellon University vidí budoucnost, kde roboti mohou pomoci s touto potřebou, a pracují na tom, aby to bylo možné.
"Je pozoruhodné, že stávající snahy v oblasti robotického obvazování primárně předpokládaly oblékání s omezeným rozsahem pozic paží a s jediným pevným oděvem, jako je nemocniční plášť," řekl Yufei Wang, Ph.D.
"Naším obecným cílem je vývoj obecného systému, který by se zabýval rozmanitou škálou každodenního oblečení a různými schopnostmi motorických funkcí. Také chceme systém rozšířit na jednotlivce s různými úrovněmi omezených pohybů paží."
Roboticky asistovaný obvazový systém využívá schopnosti umělé inteligence k přizpůsobení se různým tvarům lidského těla, pozicím paží a výběru oblečení. Týmový výzkum použil posilovací učení – odměny za splnění určitých úkolů – k dosažení jejich obecného systému oblékání. Konkrétně vědci dali robotovi pozitivní odměnu pokaždé, když správně umístil oděv dále podél paže člověka. Díky neustálému posilování zvýšili úspěšnost strategie naučeného oblékání systému.
Vědci pomocí simulace naučili robota, jak manipulovat s oblečením a oblékat lidi. Tým se při přenosu strategie naučené v simulaci do reálného světa musel pečlivě zabývat vlastnostmi oděvního materiálu.
"Ve fázi simulace používáme záměrně nahodilé různé vlastnosti oblečení, abychom řídili naučenou strategii oblékání robota tak, aby zahrnovala široké spektrum atributů materiálu," řekl Zhanyi Sun, magisterský student RI, který také pracoval na projektu. "Doufáme, že náhodně se měnící vlastnosti oblečení v simulaci zapouzdřují vlastnosti oděvů v reálném světě, takže strategie oblékání naučená v simulačních prostředích lze bez problémů přenést do skutečného světa."
Tým RI vyhodnotil robotický obvazový systém v lidské studii s 510 zkouškami obvazu u 17 účastníků s různými tvary těla, pozicemi paží a pěti oděvy. Většině účastníků byl systém schopen plně natáhnout rukáv každého oděvu na paži. Při zprůměrování všech testovacích případů systém oblékl 86 % délky paží účastníků.
Výzkumníci museli při navrhování svého systému zvážit několik problémů. Za prvé, oblečení je svou povahou deformovatelné, což robotovi ztěžuje vnímat celý oděv a předvídat, kde a jak se bude pohybovat.
"Oblečení se liší od pevných předmětů, které umožňují odhad stavu, takže musíme použít vysokorozměrnou reprezentaci pro deformovatelné předměty, abychom robotovi umožnili vnímat aktuální stav oblečení a jak interagují s lidskou paží," řekl Wang. "Reprezentace, kterou používáme, se nazývá segmentovaný mrak bodů. Představuje viditelné části oblečení jako soubor bodů."
Bezpečná interakce mezi člověkem a robotem byla také zásadní. Bylo důležité, aby se robot vyvaroval jak použití nadměrné síly na lidskou paži, tak jakýchkoli dalších akcí, které by mohly způsobit nepohodlí nebo ohrozit bezpečnost jednotlivce. Aby se tato rizika zmírnila, tým odměnil robota za šetrné chování.
Budoucí výzkum by se mohl ubírat několika směry. Tým chce například rozšířit možnosti současného systému tím, že umožní dát člověku na obě ruce bundu nebo si přetáhnout tričko přes hlavu. Oba úkoly vyžadují složitější návrh a provedení. Tým také doufá, že se přizpůsobí pohybům lidských paží během procesu oblékání a prozkoumá pokročilejší manipulační dovednosti robota, jako je zapínání knoflíků nebo zip.
Jak práce postupuje, vědci mají v úmyslu provádět pozorovací studie v ošetřovatelských zařízeních, aby získali vhled do různorodých potřeb jednotlivců a zlepšení, která je třeba provést u jejich současného obvazového systému.
