美國密蘇里科技大學機械和航空航天工程系助理教授Yun Seong Song博士和他的互動機器人Ophrie

美國密蘇里科技大學（MissouriS&T）研究人員的一項新研究顯示，人類受試者在與機器人向導攜手行走時，如何在行走過程中的不同時間內僵硬或放松手臂。研究人員對這些動作的分析可以幫助設計出更智能、更像人類的機器人向導和助手。

密蘇里科技大學的研究人員在最近發(fā)表在《科學報告》雜志上的一篇論文中寫道："這項工作首次測量和分析了機器人引導者和人類跟隨者之間地面物理互動過程中的人類手臂僵硬度?！?/p>

首席研究員，密蘇里科技大學機械和航空航天工程助理教授Yun Seong Song博士，將這些發(fā)現(xiàn)描述為 "開發(fā)一個在與人類伙伴進行物理互動時與人類相似的機器人的早期步驟"。

"這與擁有能夠與我們無縫互動的輔助機器人的想法有關。"Song說。

人類在執(zhí)行某些任務時，經(jīng)常在沒有語言交流，甚至沒有視覺提示的情況下進行互動，比如一個人幫助另一個人走路，或者一對夫婦跳華爾茲。在他們的《科學報告》論文中，研究人員描述了當機器人向導沿著三個不同的軌跡與人類一起行走時產(chǎn)生的作用力。

Song說："乍一看，身體互動是一項動態(tài)任務，力量交換由互動者的被動屬性決定。但如果你研究一下人類是如何處理身體互動的，你就會意識到，必須不斷地處理信息和決策，以推斷對方的意圖。揭示發(fā)生這種情況的機制將有助于我們設計出能夠與人類伙伴無縫互動的未來機器人?！?/p>

Song說："即使沒有明確的共同目標，兩個人類伙伴也可以通過身體互動來完成協(xié)作任務。"Song和他的密蘇里科技大學研究人員，心理科學副教授Devin Burns博士和Sambad Regmi博士，后者于2022年5月獲得密蘇里科技大學博士學位。" Burns幫助設計實驗并 "嚴格解釋數(shù)據(jù)"，同時共同指導Regmi。

(a) 地面PHRI實驗裝置示意圖（俯視圖）。AB、BC、BD/BG、DE/GH和EF/HI的水平長度分別為1.5米、3.95米、1.25米、1.85米和0.85米。D和G（因此F和I）相距0.5米。(b) 一名研究人員手持機器人手柄，在試驗開始時演示姿勢。資料來源：《科學報告》（2022）。DOI: 10.1038/s41598-022-23496-z

研究人員使用他們最近開發(fā)的交互式機器人Ophrie，模擬了一項引導式行走任務，要求人類受試者在握住機器人手臂上的把手時閉上眼睛。Ophrie是Overground Physical Human Robot Interaction的縮寫，它被編程為在行走的前1.5米（大約5英尺）內按直線軌跡移動，然后向左或向右偏離或繼續(xù)直線軌跡。受試者被期望對通過手柄傳遞的觸覺提示做出反應，以感知機器人的運動。

密蘇里科技大學的研究人員在行走過程中的兩個點測量了手臂的僵硬程度：一是當機器人可以采取三種不同的軌跡之一時，此時人類受試者對路徑的確定性較低；二是在行走結束時，受試者對機器人的路徑更加確定。

研究人員寫道："我們觀察到，在機器人即將出現(xiàn)的軌跡未知的時刻，手臂的僵硬程度比它可預測的時刻要低。這提出了 "在地面物理互動過程中，為了更好地進行運動交流而進行手臂硬度調節(jié)的第一個證據(jù)?！?/p>

10名20多歲的人類受試者參加了這些實驗。10人中有9人是男性，1人是左撇子，沒有人報告任何神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

Song說："了解人類和機器人之間的這種互動可以導致機器人設計的改進?；邮綑C器人助手可用于老年人護理、物理治療和其他領域。"

Song說："就像人類的伙伴一樣，這些機器人將幫助建筑工人搬運貨物，或者幫助有行動問題的老人從臥室走到廚房。我們希望這些機器人的性能有效，使用和溝通直觀，互動安全，同時與人類伙伴保持身體接觸。"