隨著對(duì)醫(yī)療保健系統(tǒng)的需求迅速增長，護(hù)士通常會(huì)花費(fèi) 18% 到 40% 的時(shí)間來執(zhí)行 直接的患者護(hù)理任務(wù)，這通常是針對(duì)許多患者的，而且?guī)缀鯖]有空閑時(shí)間。為您梳理頭發(fā)的個(gè)人護(hù)理機(jī)器人可以提供大量幫助和緩解。

這似乎是一種真正激進(jìn)的“自我保健”形式，但用于剃須、洗頭和化妝等事情的狡猾機(jī)器人并不新鮮。2011 年，科技巨頭松下 開發(fā) 了一款可以洗頭、按摩甚至吹干頭發(fā)的機(jī)器人，明確旨在幫助支持“老年人和行動(dòng)不便的人安全舒適的生活，同時(shí)減輕護(hù)理人員的負(fù)擔(dān)”。

然而，事實(shí)證明，梳理頭發(fā)的 機(jī)器人很少被探索，麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室 (CSAIL) 和哈佛大學(xué)軟數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們開發(fā)了一種帶有感應(yīng)軟刷的機(jī)械臂裝置，配備了一個(gè)攝像頭幫助手臂“看到”并評(píng)估卷曲度，讓系統(tǒng)計(jì)劃一次精致且省時(shí)的刷牙。

他們的控制策略適應(yīng)纖維束中的纏結(jié)程度，他們通過梳理從直發(fā)到非常卷發(fā)的假發(fā)來測(cè)試“RoboWig”。

雖然“RoboWig”的硬件設(shè)置看起來充滿未來感和閃亮，但頭發(fā)纖維的底層模型才是讓它發(fā)揮作用的原因。CSAIL 博士后 Josie Hughes 和她的團(tuán)隊(duì)的方法將纏結(jié)的軟纖維束檢查為一組纏繞的雙螺旋——想想經(jīng)典的 DNA 鏈。這種粒度級(jí)別為操縱軟纖維束的數(shù)學(xué)模型和控制系統(tǒng)提供了關(guān)鍵見解，在紡織工業(yè)、動(dòng)物護(hù)理和其他纖維系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。

RoboWig 還可能以純粹的“淑女與流浪漢”的方式幫助有效地處理面。

“通過開發(fā)纏結(jié)纖維模型，我們從基于模型的角度了解頭發(fā)必須如何纏結(jié)：從底部開始，慢慢向上工作，以防止纖維‘卡住’，”該研究的主要作者休斯說。一篇關(guān)于 RoboWig 的論文。“這是每個(gè)刷過頭發(fā)的人都從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)到的東西，但現(xiàn)在我們可以通過模型來演示，并用來通知機(jī)器人。”

分體式

手頭的這項(xiàng)任務(wù)是一個(gè)糾結(jié)的任務(wù)。每個(gè)頭的頭發(fā)都不一樣，梳理時(shí)頭發(fā)之間錯(cuò)綜復(fù)雜的相互作用很容易導(dǎo)致打結(jié)。更重要的是，如果使用不正確的刷牙策略，這個(gè)過程可能會(huì)非常痛苦并且會(huì)損壞頭發(fā)。

以前在梳理領(lǐng)域的研究主要是關(guān)于頭發(fā)的機(jī)械、動(dòng)態(tài)和視覺特性，而不是 RoboWig 對(duì)纏結(jié)和梳理行為的精致關(guān)注。

為了刷和操縱頭發(fā)，研究人員在機(jī)器人手臂上添加了一個(gè)軟毛感應(yīng)刷，以測(cè)量刷牙過程中的力。他們將此設(shè)置與稱為“閉環(huán)控制系統(tǒng)”的東西相結(jié)合，該系統(tǒng)從輸出中獲取反饋并在無需人工干預(yù)的情況下自動(dòng)執(zhí)行操作。這創(chuàng)造了來自刷子的“力反饋”——一種讓用戶感覺到設(shè)備正在做什么的控制方法——所以可以優(yōu)化筆畫的長度，以考慮潛在的“疼痛”和刷牙所花費(fèi)的時(shí)間。

最初的測(cè)試暫時(shí)保留了人頭，而是在各種發(fā)型和類型的假發(fā)上進(jìn)行的。該模型提供了對(duì)與纏結(jié)數(shù)量相關(guān)的梳理行為的洞察，以及如何通過選擇合適的梳理長度來有效地清除這些行為。例如，對(duì)于卷發(fā)，痛苦成本將占主導(dǎo)地位，因此較短的刷子長度是最佳選擇。

該團(tuán)隊(duì)希望最終對(duì)人類進(jìn)行更真實(shí)的實(shí)驗(yàn)，以更好地了解機(jī)器人在疼痛體驗(yàn)方面的表現(xiàn)——這一指標(biāo)顯然是高度主觀的，因?yàn)橐粋€(gè)人的“二”可能是另一個(gè)人的“八”。

“為了讓機(jī)器人將他們的任務(wù)解決能力擴(kuò)展到更復(fù)雜的任務(wù)，比如刷頭發(fā)，我們不僅需要新穎的安全硬件，還需要了解柔軟的頭發(fā)和纏結(jié)纖維的復(fù)雜行為，”休斯說。“除了梳理頭發(fā)，我們的方法提供的見解還可以應(yīng)用于紡織纖維或動(dòng)物纖維的梳理。”

休斯與哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院博士生 Thomas Bolton Plumb-Reyes 和 Nicholas Charles、哈佛大學(xué)約翰·A·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 (SEAS) 和物理系的 L. Mahadevan 教授一起撰寫了這篇論文，以及哈佛大學(xué)有機(jī)與進(jìn)化生物學(xué)，麻省理工學(xué)院教授和 CSAIL 主任丹妮拉·羅斯。他們?cè)诒驹略缧r(shí)候的 IEEE 軟機(jī)器人會(huì)議 (RoboSoft) 上虛擬展示了這篇論文。

該項(xiàng)目得到了麻省理工學(xué)院 CSAIL 和哈佛大學(xué)軟數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室之間的 NSF 研究和創(chuàng)新新興前沿項(xiàng)目的共同支持。

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