如果你在社交&今年夏天，你可能会(也可能不会)惊讶地发现一个机器人独自乘坐电梯，把文件送到五楼，蜿蜒穿过许多走廊之一。有趣的自动机是卡尔SR -简称认知食蚁兽机器人实验室支持机器人——一个先进的机器人从丰田汽车公司(Toyota Motor corp .)在租赁UCI优化为一个特定的任务:帮助回家的儿童和成人移动导航有限的日常经验,比如上学,做家务。
“孩子不能去上学因为长期疾病或者有限的流动性已经开始依赖远程监控机器人现场视频的远程交流学生和教室,给学生的社会交往,他们当他们必须做小姐在家里工作,”Jeffrey Krichmar说UCI认知科学家和校园的认知食蚁兽机器人实验室的主任。但目前的辅助机器人技术有其局限性。它不能自己移动，也不能伸手触摸物体，而且需要持续的Wi-Fi连接。所有这些都降低了孩子与老师和同学自然交流的能力。”
他指出，针对成年人的辅助技术同样也留下了很大的改进空间，通过与留守儿童合作开发的应用程序可以扩展到行动不便的成年人和老年人。
老卡尔很可能是解决方案。该项目始于2017年，当时克里奇马尔与加州大学欧文分校国立卫生研究院(National Institutes of health)资助的临床与转化科学研究所(Institute for Clinical and Translational Science)博士后维罗妮卡·纽哈特(Veronica Newhart)偶然相遇。她研究了远程呈现机器人对居家和住院儿童的影响，但对现有技术并不满意。
“在做了四年的这项研究之后，我意识到，仅仅为待在家里的孩子探索机器人介导的体验是不够的。我们还需要为改进技术的设计和生产做出贡献。”纽哈特于2018年在UCI获得教育学博士学位。“目前市面上有现成的机器人，是为医疗机构或企业的成年人设计的。我们需要为孩子们设计的机器人，让他们每天都能参与现实世界的环境——学校、社区、课外活动。”
她向Krichmar寻求帮助——Krichmar和他的实验室已经在开发自主机器人来满足这一需求——利用她从以用户为中心的研究中收集的数据来改进机器人设计，于是一个全明星研究团队诞生了。
CARL SR，一个为课堂使用而优化的机器人，带领实验室成员(从左至右)Hirak Kashyap, Tiffany Hwu, Giselle Tian, Jeffrey Krichmar和Lara Mirzakhanian展示了学校精神。路易斯·冯塞卡/ UCI社会科学学院
在过去的一年里，Krichmar和他的实验室成员一直在改造一个由丰田公司设计的机器人，使其能在教室里使用。它有四个内置摄像头，其中一个分辨率足够高，可以将老师写在白板上的笔记实时传输给数千英里之外的学生。该机器人还有一个可移动的手臂和一只紧握的“手”，当一个待在家里的孩子有问题或想要参与课堂讨论时，可以抬起这只手臂，这样就减少了语言或其他干扰的需要，而这些干扰在当前的远程呈现模型中可能是必要的。同样的技术也可以帮助行动不便的成年人和老年人完成共同的家务。
但是真正让CARL SR从众多辅助机器人设备中脱颖而出的是UCI CARL团队在国际上享有盛名的事情:以哺乳动物大脑为模型的人工智能。自从2008年加入UCI学院以来，Krichmar已经获得了超过400万美元的公共和私人资助，用于他在神经机器人领域的研究，包括用真实的神经数据为机器人编程，使它们能够近似思考和移动。
他说:“我们设计的机器人的行为是由对大脑的大规模模拟来指导的。”“由于这些模拟神经系统体现在机器人身上，它们为研究大脑功能和开发更智能的机器人提供了强大的工具。”
在丰田汽车北美分公司30多万美元的资助下，Krichmar利用了加州大学圣克鲁兹分校认知科学研究生Tiffany Hwu的专业知识。Tiffany Hwu本月获得了博士学位。她用软件增强了CARL SR的操作系统，该软件模仿了人类大脑的神经网络——尤其是那些与上下文记忆有关的神经网络。机器人现在能够“记住”在教室和自助餐厅或休息室的行为方式，以及在每个场景中常见的物品。
Hwu说:“这个软件基于这样一个理念，即环境很重要。”为了提供帮助，研究小组把实验室改造成了休息室和教室。经过反复试验，老卡尔开始“学习”它应该去哪里，如果被要求，找到属于教室的东西-如书和背包-或休息室-如食物和杯子-并取回它们。
另一位实验室研究员、加州大学学院计算机科学研究生希拉克·卡什亚普(Hirak Kashyap)开发了一个基于人类视觉系统的软件模型，让机器人能够预测运动中的物体将去哪里。
他解释说:“这就像一辆汽车从一棵树后面开过去一样。”“我们知道它会从另一边出来，所以我们看那里。他的模型赋予老卡尔同样的预测行为。当应用时，这将使远程呈现机器人能够转头跟随可能正在移动的老师或朋友，让远程操作员花更多的时间与同伴交流，而不是运行机器人。
多亏了认知科学专业的本科研究人员劳拉·米尔扎哈尼安和心理学专业的吉赛尔·田，卡尔·SR只需点击鼠标就能从a点移动到B点。这种导航的便利性——再加上机器人的可移动手臂、抓取手、避障和上下文识别功能——意味着，与市场上其他辅助设备所允许的方式相比，在家上课的学生可以以更积极、更无缝的方式参与课堂。
最近，该团队演示了CARL SR可以从位于Social &二楼的Krichmar机器人实验室出发行为科学通往电梯的入口，乘坐到五楼，然后导航到社会科学系主任套房——所有这些都只需要远程用户点击几下鼠标。
Mirzakhanian和Tian也是一个本科生团队的成员，该团队基于他们与CARL SR的合作，用基本部件、工具包和3d打印组件制作了一个廉价的机器人替代品——这表明更广泛、更廉价的远程呈现机器人可能触手可及。今年5月，他们与机械工程专业的学生米凯拉·明顿(Mikayla Minton)和计算机科学专业的学生史蒂文·西德尔(Steven Seader)一起，在UCI的年度本科生研究机会项目研讨会上展示了这款原型机。
“这是一个雄心勃勃的项目，解决了一个重要的需求，”Krichmar谈到老卡尔时说，“如果没有强大的跨学科努力来实现我们的目标，这一切都是不可能的。”
认知食蚁兽机器人实验室团队的四名成员将于下月前往悉尼，在一年一度的“机器人世界杯@ home挑战赛”上展示老卡尔的能力。关注在线比赛https://www.robocup.org/domains/3。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://news.uci.edu/2019/06/24/building-a-better-bot/