讓機器人給自己“刮胡子”？這個美國小伙親自做了回小白鼠

編者按：本文來自微信公眾號“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？

長發(fā)已經(jīng)及腰？胡子長度已經(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，就成了當務(wù)之急。

這不，國外研究人員就開發(fā)了這么一個能夠遠程剪胡子的機器人，雖然聽上去有點不怎么安全呢？（狗頭）

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

是的，你沒有看錯，在這個過程中，Whitney真！的！很！緊！張！

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

關(guān)于這個機器人的更多詳細信息，發(fā)表在ArXiv上披露了更多，歡迎來戳：

https://arxiv.org/abs/2004.01269

大家都知道，這些機器人專家對這些“歪門邪道”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了相關(guān)技術(shù)，但是在生活中，很多具體的問題對于機器人來說還是很難實現(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需理發(fā)師給他們涂膠等。

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

最近，他在RSS研討會上作了一個關(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，對性能和可靠性的要求。他認為直剃刀對于機器人技術(shù)來說是一個有趣且有價值的問題。

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

當利用直剃刀的時候，刀子會緊緊貼近動脈這種地方，光是這點也足夠讓人擔憂了。

在上臉之前，Whitney先用手臂進行了練習。

但這在Whitney看來都不是什么問題，畢竟這個機器人也不是全自動的刮胡機器人，不過這也可以視為朝著全自動機器人邁出的堅實的第一步，這就對Whiteney開發(fā)的硬件的可靠度提出了更高的要求。

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

比如，在自動駕駛汽車上，這類汽車會產(chǎn)生類似或更大的風險，“要學習如何感知、解釋和適應(yīng)，我們需要一個非常高保真的問題模型或大量數(shù)據(jù)和/或經(jīng)驗，在刮胡子這一領(lǐng)域，兩者都非常缺乏”。

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

當然，Whitney的最終目標比創(chuàng)建直線剃須刀機器人要更具有普遍意義，這是一個挑戰(zhàn)，過程中還包含了許多子目標，這些目標將為機器人技術(shù)的進步做出貢獻。

Whitney正在開發(fā)中的特殊硬件系統(tǒng)，實際上是探索MRI兼容的遠程穿刺活檢的試驗臺，他和他的學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，尤其是在視覺效果不是很好的情況下。

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

那么，這個機器人是怎么實現(xiàn)的呢。

首先，在系統(tǒng)設(shè)計與建模上，就需要考慮驅(qū)動和控制結(jié)構(gòu)、機械設(shè)計和試驗臺安裝和系統(tǒng)建模與識別，除此之外，力反饋控制也是不能忽視的一部分。

比如，在進行機械設(shè)計的時候，作為流體驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)部流體壓力反饋的實驗臺，研究團隊使用了一個滾動膜片驅(qū)動的二自由度夾持器。

每個執(zhí)行機構(gòu)是一個雙作用活塞密封低摩擦纖維彈性體滾動隔膜，兩個隔膜執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動獨立的手指，提供腕節(jié)和夾持夾道；傳輸?shù)妮斎攵送ㄟ^纖維增強橡膠軟管連接到單獨的直驅(qū)無刷電機(Akribis ACD120-80)，而電機通過中引入的旋轉(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，美國數(shù)字公司制作最大分辨率為10,000脈沖/轉(zhuǎn)速（40000計數(shù)/轉(zhuǎn)速與正交）的臨時光學編碼器用在系統(tǒng)識別期間測量反驅(qū)動手指的位置。低級控制代碼使用簡單的Open EtherCAT Master (SOEM)庫，主控制循環(huán)在一個隔離的CPU核心上以2kHz的速度運行。

在測試的時候，設(shè)備由流體執(zhí)行器驅(qū)動，驅(qū)動器使用可完成初級到次級的力的傳導的水管。

其實早在芝加哥IROS 2014，Whitney就介紹了一種優(yōu)雅的流體致動器系統(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，將力從主機器人傳遞到次機器人，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沒閑著，除了遠程刮胡子外，剪頭發(fā)什么的都想好了，完全可以組一個“洗剪吹一條龍服務(wù)”。

7月份的時候，這個用iPad為盲人做了一個導航系統(tǒng)的YouTube博主小哥Shane Wighton就腦洞大開，設(shè)計了一個剪頭發(fā)的機器人。

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

整個機器正式運行的時候是這樣的，首先，位于上方的“吸盤”將頭發(fā)吸起來，然后，機械手把吸起來的頭發(fā)夾住，最后，“剪刀手”過來剪，聽起來…很輕松啊。

但說起來容易做起來難，為了剪出一個還算正常和均勻的發(fā)型，Wighton給機器人裝了一個環(huán)形滑軌。

但是還有一個問題，機器人怎么知道你的頭在哪？Wighton利用了深度攝像頭，靠人臉識別結(jié)合深度數(shù)據(jù)來確定你的頭的位置。并且，為了保證系統(tǒng)的正常工作，Wighton還設(shè)計了一個小按鈕，用來應(yīng)對攝像頭被遮住的場景，當這個開關(guān)碰到頭，機械臂就會自動往后退。

除此之外，在發(fā)型設(shè)計上，Wighton利用了3D建模，用顏色的深淺表示頭發(fā)的長度，同時為了讓機器人知道剪發(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模型上進行了標注。

最后剪出來的效果…竟然還不錯？？

不過最關(guān)鍵的問題是，不管是遠程刮胡子還是自動理發(fā)，當這項技術(shù)真的被普及的時候，你愿意去嘗試一下嗎？

相關(guān)報道：

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