根据 2010 年的数据，美国约有 180 万人无法自己吃饭。然而，训练机器人为人类提供食物给研究人员带来了一系列挑战。食物的形状和状态（液体、固体、凝胶状）几乎无穷无尽，每个人都有一套独特的需求和偏好。
由华盛顿大学研究人员领导的一个团队创造了一组11个动作，机器人手臂可以采取几乎任何叉子可以获得的食物。在使用这组动作的测试中，机器人在80%以上的时间里捡起食物，这是用户指定的家庭使用基准。一小群动作允许系统在一顿饭中学习拿起新食物。
该团队于 11 月 7 日在亚特兰大举行的 2023 年机器人学习会议上展示了他们的研究结果。
UW News与共同主要作者Ethan K. Gordon和Amal Nanavati（Paul G. Allen计算机科学与工程学院的UW博士生）以及合著者Taylor Kessler Faulkner（艾伦学院的博士后学者）讨论了机器人辅助喂养的成功和挑战。
个人机器人实验室 多年来一直致力于机器人辅助喂食。这篇论文的进展是什么？
Ethan K. Gordon：我于 2018 年底加入个人机器人实验室，当时艾伦学院教授、我们新研究的资深作者 Siddhartha Srinivasa 和他的团队创建了用于辅助应用的机器人系统的第一次迭代。该系统安装在轮椅上，可以在盘子上拾取各种水果和蔬菜。它旨在识别一个人的坐姿并将食物直接送到嘴里。从那时起，已经有相当多的迭代，主要涉及识别盘子上的各种食物。现在，使用辅助设备的用户可以点击应用程序中的图像，例如葡萄，系统可以识别并拾取该图像。
泰勒·凯斯勒·福克纳：另外，我们还扩展了界面。无论人们使用什么辅助功能系统与手机交互（主要是语音或嘴巴控制导航），他们都可以使用这些系统来控制应用程序。
EKG：在我们刚才介绍的这篇论文中，我们已经到了可以拿起叉子可以处理的几乎所有东西的地步。例如，我们不能捡汤。但机器人可以处理从土豆泥或面条到水果沙拉再到实际蔬菜沙拉的所有东西，以及预先切好的比萨饼或三明治或肉块。
在之前对水果沙拉的研究中，我们研究了如果机器人获得食物图像，它应该采取哪种轨迹，但我们给出的轨迹集非常有限。我们只是改变了叉子的螺距。例如，如果你想捡起葡萄，叉子的尖齿需要笔直向下，但对于香蕉，它们需要倾斜，否则它会滑落。然后，我们研究了对不同食物施加多大的力。
在这篇新论文中，我们研究了人们如何捡起食物，并利用这些数据生成了一组轨迹。我们发现了少量人们实际用来进食的运动，并确定了 11 条轨迹。因此，它不仅仅是简单的上下或以一定角度进入，而是使用舀起动作，或者在食物内部摆动以增加接触的强度。这一小部分仍然覆盖了更多的食物。
我们认为该系统现在已经到了可以部署在研究小组以外的人身上进行测试的地步。我们可以邀请用户到华盛顿大学，将机器人放在轮椅上（如果他们准备好了安装设备），或者将三脚架放在轮椅旁边，然后跑完一整顿饭。
对于作为研究人员的你们来说，要使它成为人们每天在家中使用的东西，未来面临哪些重大挑战？
心电图：到目前为止，我们一直在谈论捡起食物的问题，这里还有更多可以改进的地方。然后是另一个问题，即将食物送到人的嘴里，以及人如何与机器人交互，以及人对这个至少部分自主的系统有多少控制权。
TKF：在接下来的几年里，我们希望为不同的人提供个性化的机器人。每个人的饮食方式都略有不同。阿迈勒在社交餐饮方面做了一些非常酷的工作，强调了人们的偏好是如何基于许多因素的，例如他们的社交和身体状况。所以我们要问：我们如何才能从正在吃饭的人那里获得意见？机器人如何利用这些输入来更好地适应每个人想要的饮食方式？
Amal Nanavati：我们可能想要个性化几个不同的维度。一个是用户的需求：用户可以移动脖子多远会影响叉子离他们有多近。有些人的嘴巴两侧的力量不同，因此机器人可能需要从嘴巴的特定一侧喂食。还有物理环境的一个方面。用户已经拥有了一堆辅助技术，如果这是他们身体的主要移动部位，它们通常安装在他们的脸上。这些技术可用于控制他们的轮椅、与手机互动等。当然，我们不希望机器人在接近他们的嘴巴时干扰任何这些辅助技术。
还有社会因素。例如，如果我正在与某人交谈或在家看电视，我不希望机械臂正好出现在我的面前。最后，还有个人喜好。例如，在可以稍微转动头部的用户中，有些人更喜欢让机器人从前面来，这样他们就可以在机器人进来时密切关注机器人。其他人则觉得这很可怕或分散注意力，更喜欢从侧面咬他们。
一个关键的研究方向是了解我们如何为用户创建直观和透明的方式，以根据自己的需求定制机器人。我们正在考虑在用户进行自定义的自定义方法与更以机器人为中心的表单之间进行权衡，例如，机器人尝试一些东西并说，“你喜欢它吗？是或不是。目标是了解用户对这些不同定制方法的感受，以及哪些方法会导致更多的定制轨迹。
公众应该对机器人辅助喂食有什么了解，无论是一般的还是具体的，你的实验室正在做的工作？
EKG：重要的是，不仅要关注技术挑战，还要关注问题的情感规模。需要帮助进食的人不在少数。那里有各种各样的数字，但在美国有超过一百万人，每天都必须吃饭。每次你需要做这种亲密和非常必要的行为时，都要求别人做这种亲密和非常必要的行为，这会让人们觉得自己是一种负担或自我意识。因此，整个致力于辅助设备的社区都在努力帮助那些有这种身体行动不便的人培养独立意识。
AN：即使是这些七位数的数字也无法捕捉到所有人。有永久性残疾，如脊髓损伤，但也有暂时性残疾，如手臂骨折。随着年龄的增长，我们所有人都可能在某个时候面临残疾，我们希望确保我们拥有必要的工具，以确保我们都能过上有尊严的生活和独立的生活。此外，不幸的是，尽管这样的技术极大地改善了人们的生活质量，但要让美国保险公司承保他们却非常困难。我认为，更多人了解潜在的生活质量改善，有望开辟更多的机会。
该论文的其他合著者是Ramya Challa，他在艾伦学院作为本科生完成了这项研究，现在在俄勒冈州立大学，以及艾伦学院的威斯康星大学博士生Bernie Zhu。这项研究部分由美国国家科学基金会、海军研究办公室和亚马逊资助。
欲了解更多信息，请联系 [email protected] 的 Gordon、[email protected] 的 Nanavati 和 [email protected] 的 Faulkner。
新闻旨在传播有益信息，英文版原文来自https://www.washington.edu/news/2023/11/16/robot-assisted-feeding-meal-accessibility/