近日，來自麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(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，也就是“梳頭機(jī)器人”RoboWig。
▲ RoboWig 在假發(fā)上測(cè)試梳頭功能
該團(tuán)隊(duì)的控制策略是，根據(jù)他們建立的毛發(fā)纖維底層模型和配備在機(jī)器人上的攝像頭，讓機(jī)器人感知毛發(fā)的卷曲和打結(jié)程度，并依據(jù)人的疼痛感等反饋進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。他們對(duì) RoboWig 進(jìn)行了測(cè)試，用它來梳理各種不同卷曲度的頭發(fā)。
這項(xiàng)研究成果于本月早些時(shí)候發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)會(huì)議 IEEE RoboSoft（IEEE 軟體機(jī)器人國際會(huì)議）上，論文題目為《理解機(jī)器人梳頭時(shí)柔軟纖維的纏結(jié)（Understanding the Entanglement of Soft Fibers for Robotic Hair Brushing ）》。
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建立“毛發(fā)打結(jié)”模型，機(jī)器人感知卷曲度
在 RoboWig 出現(xiàn)之前，機(jī)器人梳理毛發(fā)領(lǐng)域的研究主要集中在頭發(fā)的力學(xué)、動(dòng)態(tài)和視覺特性上，而 RoboWig 則專注于頭發(fā)的纏結(jié)和自身梳理行為的調(diào)節(jié)。
RoboWig 的毛發(fā)纖維底層模型是它的動(dòng)力所在。CSAIL 博士后喬西?休斯（Josie Hughes）和她的團(tuán)隊(duì)選擇用一組像 DNA 鏈一樣的纏繞雙螺旋模型來代表纏結(jié)的頭發(fā)。這種模型為操縱軟纖維束的數(shù)學(xué)模型和控制系統(tǒng)提供了參考。
▲ RoboWig 自動(dòng)分析頭發(fā)卷曲的程度
休斯說：“我們用模型表現(xiàn)了頭發(fā)是如何纏繞在一起的。人在學(xué)梳頭的時(shí)候可以明白這個(gè)過程，但現(xiàn)在我們可以通過模型來演示，再教會(huì)機(jī)器人?！?/p>
要真正“教會(huì)”機(jī)器人如何梳頭是十分復(fù)雜的。因?yàn)槊總€(gè)人的頭發(fā)情況都是不同的，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)。而且如果梳理不當(dāng)，很可能會(huì)扯痛人的頭皮，或?qū)︻^發(fā)造成損傷。
根據(jù)反饋?zhàn)詣?dòng)選擇梳頭力度
RoboWig 的機(jī)械臂上有一個(gè)軟毛感應(yīng)刷，可以測(cè)量梳理過程中的力。研究人員將軟毛感應(yīng)刷與一種“閉環(huán)控制系統(tǒng)”結(jié)合起來，該系統(tǒng)從輸出中獲得反饋，并在不需要人工干預(yù)的情況下自動(dòng)執(zhí)行動(dòng)作。這樣，就可以讓用戶對(duì)梳頭的感覺進(jìn)行反饋，從而優(yōu)化每次梳理的頭發(fā)的長度，同時(shí)考慮到人類的疼痛感和梳頭所花費(fèi)的時(shí)間。
最初的測(cè)試在許多不同發(fā)型和卷曲程度的假發(fā)上進(jìn)行。RoboWig 可以根據(jù)頭發(fā)纏結(jié)的數(shù)量來選擇適當(dāng)?shù)氖崂黹L度，有效地梳開纏結(jié)。例如，對(duì)于卷曲的頭發(fā)，就要主要考慮人的疼痛因素，所以最好輕輕梳理，每次只梳理一小段頭發(fā)。
該團(tuán)隊(duì)希望最終在人類身上進(jìn)行更真實(shí)的實(shí)驗(yàn)，以便更好地理解 RoboWig 對(duì)人類不同的疼痛體驗(yàn)的表現(xiàn)。人的疼痛體驗(yàn)是一個(gè)非常主觀的度量，因?yàn)椴煌娜藢?duì)疼痛的感覺和耐受度都不一樣。
結(jié)語：機(jī)器人技術(shù)助力護(hù)理等領(lǐng)域
隨著機(jī)器人技術(shù)在個(gè)人護(hù)理領(lǐng)域的不斷深入，各式各樣的精巧機(jī)器人早已開始面世。2011 年，日本科技巨頭松下（Panasonic）研發(fā)了一款可以洗頭、按摩、吹干頭發(fā)的機(jī)器人，旨在幫助老年人和行動(dòng)不便的人，同時(shí)減輕照顧者的負(fù)擔(dān)。
在未來，像 RoboWig 這種機(jī)器人的毛發(fā)梳理功能或許還會(huì)擴(kuò)展到更多的領(lǐng)域。正如休斯所說：“為了讓機(jī)器人能完成更復(fù)雜的任務(wù)，比如梳頭發(fā)，我們不僅需要新的安全硬件，還需要更了解頭發(fā)這類柔軟的纖維纏結(jié)的行為。除了梳頭，我們提供的模型還可以用于梳理紡織品纖維，或動(dòng)物纖維?！?/p>
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