讓機(jī)器人給自己“刮胡子”？這個(gè)美國(guó)小伙親自做了回小白鼠

編者按：本文來(lái)自微信公眾號(hào)“大數(shù)據(jù)文摘”（ID:BigDataDigest），作者：劉俊寰、朱科錦，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

好不容易解禁后的你，現(xiàn)在敢去理發(fā)店嗎？

長(zhǎng)發(fā)已經(jīng)及腰？胡子長(zhǎng)度已經(jīng)可以堪比太乙真人了？

如何在保持安全的社交距離的前提下，如何優(yōu)雅地修理你的小胡子，就成了當(dāng)務(wù)之急。

這不，國(guó)外研究人員就開(kāi)發(fā)了這么一個(gè)能夠遠(yuǎn)程剪胡子的機(jī)器人，雖然聽(tīng)上去有點(diǎn)不怎么安全呢？（狗頭）

而且，為了證明這個(gè)機(jī)器人的可操作性，現(xiàn)在在東北大學(xué)工作的的機(jī)器人專家John Peter Whitney決定親自上陣，充當(dāng)?shù)谝粋€(gè)“小白鼠”，我們先來(lái)看看效果如何：

是的，你沒(méi)有看錯(cuò)，在這個(gè)過(guò)程中，Whitney真！的！很！緊！張！

在體驗(yàn)了一把機(jī)器人刮胡子之后，Whitney也長(zhǎng)舒了一口氣，成功“活下來(lái)”后，Whitney表示，這其實(shí)也是他第一次被其他“人”用直剃刀（straight razor）剃胡子。

關(guān)于這個(gè)機(jī)器人的更多詳細(xì)信息，發(fā)表在ArXiv上披露了更多，歡迎來(lái)戳：

https://arxiv.org/abs/2004.01269

大家都知道，這些機(jī)器人專家對(duì)這些“歪門(mén)邪道”最有興趣了。

比如“DRC”和“SubT”這類挑戰(zhàn)已經(jīng)幫助專家們大大推動(dòng)了相關(guān)技術(shù)，但是在生活中，很多具體的問(wèn)題對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)還是很難實(shí)現(xiàn)的，比如接住球、將釘子插入孔中，或使用剃刀剃刮某人的臉而無(wú)需理發(fā)師給他們涂膠等。

John Peter Whitney這種專家，在他看來(lái)，機(jī)器人就應(yīng)該掌握用剃刀刮胡子這項(xiàng)技能。

最近，他在RSS研討會(huì)上作了一個(gè)關(guān)于“Reacting to Contact”的演講，主要內(nèi)容就是基于直剃刀的研究難度，對(duì)性能和可靠性的要求。他認(rèn)為直剃刀對(duì)于機(jī)器人技術(shù)來(lái)說(shuō)是一個(gè)有趣且有價(jià)值的問(wèn)題。

說(shuō)到這次用到的工具“直剃刀”，它有點(diǎn)像安全剃刀（safety razor），只不過(guò)…不怎么安全，人類理發(fā)師用起來(lái)就足夠讓人心驚膽戰(zhàn)了，更不要說(shuō)機(jī)器人。

當(dāng)利用直剃刀的時(shí)候，刀子會(huì)緊緊貼近動(dòng)脈這種地方，光是這點(diǎn)也足夠讓人擔(dān)憂了。

在上臉之前，Whitney先用手臂進(jìn)行了練習(xí)。

但這在Whitney看來(lái)都不是什么問(wèn)題，畢竟這個(gè)機(jī)器人也不是全自動(dòng)的刮胡機(jī)器人，不過(guò)這也可以視為朝著全自動(dòng)機(jī)器人邁出的堅(jiān)實(shí)的第一步，這就對(duì)Whiteney開(kāi)發(fā)的硬件的可靠度提出了更高的要求。

這個(gè)機(jī)器人能否在無(wú)人監(jiān)督的情況下給別人刮胡子呢？Whitney解釋道，這與機(jī)器人技術(shù)中的大多數(shù)難題一樣，還需要大量的工作，“這包括兩個(gè)部分，一個(gè)是組件本身（軟件，電子產(chǎn)品等）的容錯(cuò)能力，第二個(gè)是感知和計(jì)劃算法的質(zhì)量”。

比如，在自動(dòng)駕駛汽車上，這類汽車會(huì)產(chǎn)生類似或更大的風(fēng)險(xiǎn)，“要學(xué)習(xí)如何感知、解釋和適應(yīng)，我們需要一個(gè)非常高保真的問(wèn)題模型或大量數(shù)據(jù)和/或經(jīng)驗(yàn)，在刮胡子這一領(lǐng)域，兩者都非常缺乏”。

他繼續(xù)類推道：“我認(rèn)為這是自然而然的過(guò)程，人們從封閉道路上的自動(dòng)駕駛玩具車開(kāi)始，才能逐漸發(fā)展出載人的真正汽車。在機(jī)器人操縱方面，我們正開(kāi)始離開(kāi)‘玩具車’階段，針對(duì)高后果的棘手問(wèn)題可以大大推進(jìn)我們對(duì)于機(jī)器人的操控能力?！?/p>

當(dāng)然，Whitney的最終目標(biāo)比創(chuàng)建直線剃須刀機(jī)器人要更具有普遍意義，這是一個(gè)挑戰(zhàn)，過(guò)程中還包含了許多子目標(biāo)，這些目標(biāo)將為機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。

Whitney正在開(kāi)發(fā)中的特殊硬件系統(tǒng)，實(shí)際上是探索MRI兼容的遠(yuǎn)程穿刺活檢的試驗(yàn)臺(tái)，他和他的學(xué)生正在與波士頓的布里格姆婦女醫(yī)院合作，以嘗試將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于前列腺活檢和消融手術(shù)。他們還在探索如何將精致的觸摸用作繪制環(huán)境以及定位的方法，尤其是在視覺(jué)效果不是很好的情況下。

Whitney說(shuō)：“這些特征和行為對(duì)于必須與微妙而不確定的環(huán)境進(jìn)行交互的應(yīng)用程序尤為有趣，例如醫(yī)療機(jī)器人，輔助和康復(fù)機(jī)器人和外骨骼，以及多方遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)?！?/p> 做出這樣的機(jī)器人，要經(jīng)歷什么？

那么，這個(gè)機(jī)器人是怎么實(shí)現(xiàn)的呢。

首先，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建模上，就需要考慮驅(qū)動(dòng)和控制結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)計(jì)和試驗(yàn)臺(tái)安裝和系統(tǒng)建模與識(shí)別，除此之外，力反饋控制也是不能忽視的一部分。

比如，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候，作為流體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部流體壓力反饋的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，研究團(tuán)隊(duì)使用了一個(gè)滾動(dòng)膜片驅(qū)動(dòng)的二自由度夾持器。

每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一個(gè)雙作用活塞密封低摩擦纖維彈性體滾動(dòng)隔膜，兩個(gè)隔膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)獨(dú)立的手指，提供腕節(jié)和夾持夾道；傳輸?shù)妮斎攵送ㄟ^(guò)纖維增強(qiáng)橡膠軟管連接到單獨(dú)的直驅(qū)無(wú)刷電機(jī)(Akribis ACD120-80)，而電機(jī)通過(guò)中引入的旋轉(zhuǎn)膜片執(zhí)行器耦合。

該方法結(jié)合了軟流體執(zhí)行器的低質(zhì)量、低摩擦力和直接驅(qū)動(dòng)SEA的可控性和性能。

流體壓力記錄使用模擬輸入EtherCAT終端與16位分辨率，美國(guó)數(shù)字公司制作最大分辨率為10,000脈沖/轉(zhuǎn)速（40000計(jì)數(shù)/轉(zhuǎn)速與正交）的臨時(shí)光學(xué)編碼器用在系統(tǒng)識(shí)別期間測(cè)量反驅(qū)動(dòng)手指的位置。低級(jí)控制代碼使用簡(jiǎn)單的Open EtherCAT Master (SOEM)庫(kù)，主控制循環(huán)在一個(gè)隔離的CPU核心上以2kHz的速度運(yùn)行。

在測(cè)試的時(shí)候，設(shè)備由流體執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器使用可完成初級(jí)到次級(jí)的力的傳導(dǎo)的水管。

其實(shí)早在芝加哥IROS 2014，Whitney就介紹了一種優(yōu)雅的流體致動(dòng)器系統(tǒng)，這些執(zhí)行器使用包含流體（如空氣或水）的管，以非常有效的方式，基于流體的可壓縮性，將力從主機(jī)器人傳遞到次機(jī)器人，從而允許順從性或非常高保真的力反饋。

疫情期間的手工者們真是一點(diǎn)沒(méi)閑著，除了遠(yuǎn)程刮胡子外，剪頭發(fā)什么的都想好了，完全可以組一個(gè)“洗剪吹一條龍服務(wù)”。

7月份的時(shí)候，這個(gè)用iPad為盲人做了一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)的YouTube博主小哥Shane Wighton就腦洞大開(kāi)，設(shè)計(jì)了一個(gè)剪頭發(fā)的機(jī)器人。

在視頻中，Wighton就介紹到，這個(gè)剪頭發(fā)機(jī)器人總共由三個(gè)部位組成：類似于人的手指，用來(lái)夾住要剪的頭發(fā)；用來(lái)控制剪刀移動(dòng)的部分；用來(lái)操作剪刀的部分。

整個(gè)機(jī)器正式運(yùn)行的時(shí)候是這樣的，首先，位于上方的“吸盤(pán)”將頭發(fā)吸起來(lái)，然后，機(jī)械手把吸起來(lái)的頭發(fā)夾住，最后，“剪刀手”過(guò)來(lái)剪，聽(tīng)起來(lái)…很輕松啊。

但說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難，為了剪出一個(gè)還算正常和均勻的發(fā)型，Wighton給機(jī)器人裝了一個(gè)環(huán)形滑軌。

但是還有一個(gè)問(wèn)題，機(jī)器人怎么知道你的頭在哪？Wighton利用了深度攝像頭，靠人臉識(shí)別結(jié)合深度數(shù)據(jù)來(lái)確定你的頭的位置。并且，為了保證系統(tǒng)的正常工作，Wighton還設(shè)計(jì)了一個(gè)小按鈕，用來(lái)應(yīng)對(duì)攝像頭被遮住的場(chǎng)景，當(dāng)這個(gè)開(kāi)關(guān)碰到頭，機(jī)械臂就會(huì)自動(dòng)往后退。

除此之外，在發(fā)型設(shè)計(jì)上，Wighton利用了3D建模，用顏色的深淺表示頭發(fā)的長(zhǎng)度，同時(shí)為了讓機(jī)器人知道剪發(fā)的角度，比如劉海應(yīng)該橫著剪，耳邊周圍的頭發(fā)要沿著耳朵剪，Wighton也在3D模型上進(jìn)行了標(biāo)注。

最后剪出來(lái)的效果…竟然還不錯(cuò)？？

不過(guò)最關(guān)鍵的問(wèn)題是，不管是遠(yuǎn)程刮胡子還是自動(dòng)理發(fā)，當(dāng)這項(xiàng)技術(shù)真的被普及的時(shí)候，你愿意去嘗試一下嗎？

相關(guān)報(bào)道：

https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/robotics-hardware/remotely-operated-robot-takes-straight-razor-to-face-of-brave-roboticist