南加州大學(xué)碩士生團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一個(gè)名為L(zhǎng)ASER-D的消毒機(jī)器人，用于COVID-19預(yù)防。

LASER-D機(jī)器人由美國(guó)南加州大學(xué)維特比工程學(xué)院（USC Viterbi）研究人員開(kāi)發(fā)，是一個(gè)類似動(dòng)物的機(jī)器人，可以爬行、蹲伏和消毒表面和物體，以對(duì)抗COVID-19。

這是一個(gè)由USC Viterbi的研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造的四條腿的機(jī)器人。這款類似動(dòng)物的LASER-D首次結(jié)合了汽車的敏捷性和化學(xué)消毒，以對(duì)抗COVID-19等應(yīng)用。機(jī)器人在輪子上可以做很多事情，但在較窄、較淺的空間里，比如教室里的桌子之間或樓梯間，輪子可能會(huì)受到限制。進(jìn)入LASER-D(Legged Agile Smart Efficient Robot for Disinfection)。

在USC Viterbi的教授SK Gupta和Quan Nguyen的帶領(lǐng)下，該團(tuán)隊(duì)致力于創(chuàng)建LASER-D--建立在早期項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，一個(gè)紫外線消毒機(jī)器人，并改編了Nguyen的腿部機(jī)器人平臺(tái)。

USC航空航天和機(jī)械工程助理教授Nguyen說(shuō)：

"這是我們第一次將腿部機(jī)器人與消毒任務(wù)相結(jié)合。這可能是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)槲覀冃枰诙ㄎ幌镜耐瑫r(shí)保持機(jī)動(dòng)性。LASER-D通過(guò)同時(shí)行走和定位身體來(lái)節(jié)省能量。因此，我們只需利用機(jī)器人的定位來(lái)控制消毒劑的噴灑，而不是附加一個(gè)額外的手臂來(lái)執(zhí)行這項(xiàng)任務(wù)。"

LASER-D機(jī)器人已經(jīng)在校園內(nèi)進(jìn)行了測(cè)試。雖然LASER-D還沒(méi)有自主性，但提高自主性和增加人類操作者與機(jī)器人之間的距離是長(zhǎng)期發(fā)展目標(biāo)。

碩士生Abhinav Pandey說(shuō)：

"像人類一樣，系統(tǒng)應(yīng)該能夠識(shí)別哪些東西必須消毒，在第一輪消毒過(guò)程中是否正常進(jìn)行，以及機(jī)器人是否應(yīng)該繼續(xù)前進(jìn)或進(jìn)行第二輪消毒。這些都是未來(lái)版本LASER-D的目標(biāo)。"

LASER-D在當(dāng)前全球大流行期間，其意義不僅限于消毒。憑借其在噴灑時(shí)的移動(dòng)能力，該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為它可以在不同領(lǐng)域發(fā)揮作用，包括農(nóng)業(yè)。

南加州史密斯國(guó)際機(jī)械工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)（Smith International Professor of Mechanical Engineering and Computer Science）教授SK Gupta說(shuō)：

"像LASER-D這樣的機(jī)器人可以執(zhí)行非常本地化的農(nóng)業(yè)任務(wù)，如精確的農(nóng)藥分配或精確的灌溉。"

Gupta指出，不太注重消毒而更注重美觀的清潔應(yīng)用，如清潔商場(chǎng)和雜亂的辦公場(chǎng)所，也可能是潛在的應(yīng)用。

LASER-D是一個(gè)雄心勃勃的平臺(tái)，旨在實(shí)現(xiàn)一種自主選擇，它可以復(fù)制人類的任務(wù)，這些任務(wù)是重復(fù)的、乏味的和危險(xiǎn)的，而且還需要精確。

在這個(gè)過(guò)程中，至關(guān)重要的是LASER-D的視覺(jué)系統(tǒng)。Pandey說(shuō)，這套視覺(jué)系統(tǒng)是基于機(jī)器學(xué)習(xí)的。傳統(tǒng)上，訓(xùn)練他們的機(jī)器需要大量的數(shù)據(jù)--5萬(wàn)張左右的圖像，他說(shuō)。但他們的數(shù)據(jù)有限。

Pandey說(shuō)：

"我們用一對(duì)圖像來(lái)代替訓(xùn)練機(jī)器。一張圖像是消毒前的表面，第二張圖像是消毒后的表面。這為L(zhǎng)ASER-D識(shí)別物體是否已經(jīng)消毒，而且是充分消毒，創(chuàng)造了更高的準(zhǔn)確性。"

Pandey說(shuō)，視覺(jué)系統(tǒng)不僅可以幫助人類操作員審查機(jī)器人所看到的東西，而且還可以讓操作員在這個(gè)過(guò)程中進(jìn)行權(quán)衡，而不是只在最后才進(jìn)行權(quán)衡。雙重圖像識(shí)別還有助于處理多樣化的圖像--例如教室里的多種類型的表面。

Nguyen說(shuō)："當(dāng)照明條件不好時(shí)，人眼可能無(wú)法檢測(cè)到?jīng)]有被消毒劑涂抹的區(qū)域，然而，視覺(jué)系統(tǒng)可以。"

"這是最有挑戰(zhàn)性的方面，"Pandey說(shuō)。"識(shí)別一個(gè)物體是桌子還是椅子之前已經(jīng)做過(guò)了，但是識(shí)別一個(gè)區(qū)域是否被消毒過(guò)是我們必須解決的新問(wèn)題。"

識(shí)別最有效的路徑

據(jù)阮教授介紹，LASER-D被編程為根據(jù) "航點(diǎn) "或在整體地圖中定義的特定點(diǎn)在其空間中移動(dòng)。人類操作者首先會(huì)看到一張整體空間的地圖，然后被要求指定特定的航點(diǎn)，以幫助引導(dǎo)機(jī)器人更準(zhǔn)確有效地通過(guò)空間。

未來(lái)，研究人員希望進(jìn)一步增強(qiáng)視覺(jué)系統(tǒng)，幫助機(jī)器人自主調(diào)整路徑，避免環(huán)境沖突。

Gupta說(shuō)："目前，機(jī)器人必須離人類操作者非常近，但在未來(lái)，人們可能一直在校園內(nèi)，甚至在完全不同的位置。"

Nguyen說(shuō)：

"有腿機(jī)器人在崎嶇不平的地形中的運(yùn)動(dòng)本身就是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，但對(duì)我們來(lái)說(shuō)，目前的問(wèn)題是將運(yùn)動(dòng)與消毒結(jié)合起來(lái)。例如，LASER-D需要在蹲在桌子下面時(shí)保持移動(dòng)和噴灑表面的能力?！?/p>

檢疫中的團(tuán)隊(duì)合作

協(xié)作解決問(wèn)題是工程師工具箱的一個(gè)重要組成部分。在全球大流行的情況下，與團(tuán)隊(duì)合作已經(jīng)成為進(jìn)行有影響力的研究的額外障礙。從事Laser-D研究的學(xué)生們能夠通過(guò)試錯(cuò)和技術(shù)克服這些。

碩士生王瑞琪說(shuō)：

"這是我第一次在一個(gè)完全陌生的團(tuán)隊(duì)中工作。在沒(méi)有任何面對(duì)面交流的情況下，我們很難建立聯(lián)系，但我們共同的遠(yuǎn)大目標(biāo)幫助我們建立了聯(lián)系。我們最終成為了一個(gè)非常棒的團(tuán)隊(duì)。"

即使是遠(yuǎn)程，學(xué)生們也接觸到了自己算得上新手的技能領(lǐng)域。安東尼-阮（Anthony Nguyen）在模擬軟件和機(jī)器人的操作系統(tǒng)上工作。他說(shuō)，他覺(jué)得在大的愿景和時(shí)間限制下，他們必須作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)打好基礎(chǔ)。

"作為一名機(jī)械工程專業(yè)的學(xué)生，我沒(méi)有C++編碼或類似的背景。我很幸運(yùn)，那里有開(kāi)放的源代碼和很多資源，我可以用來(lái)學(xué)習(xí)。這個(gè)項(xiàng)目依賴于大量的編碼--我們必須使用現(xiàn)有的資源，然后再設(shè)計(jì)進(jìn)一步的解決方案。"

Pandey說(shuō)：

"這個(gè)項(xiàng)目雄心勃勃，作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)，我們專注于研究以前沒(méi)有解決過(guò)的問(wèn)題，這就是我們的附加值。"