Большинство людей воспринимают процесс одевания как должное. Но данные Национального центра статистики здравоохранения показывают, что 92% жителей медицинских учреждений и пациентов, получающих уход на дому, нуждаются в помощи при одевании.

Исследователи из Института робототехники Университета Карнеги-Меллон (RI) видят будущее, в котором роботы могут помочь с этой потребностью, и работают над тем, чтобы сделать это возможным.

«Примечательно, что существующие разработки в области одевания с помощью роботов в основном предполагали одевание с ограниченным диапазоном положений рук и одним фиксированным предметом одежды, таким как больничный халат», — сказала Юфэй Ван, аспирантка из РИ, работающая над системой перевязки с помощью робота.

«Нашей главной целью является разработка общей системы, учитывающей широкий ассортимент повседневной одежды и различные возможности двигательных функций. Мы также хотим распространить систему на людей с различным уровнем ограничения движений рук».

Роботизированная система одевания использует возможности искусственного интеллекта для адаптации к различным формам человеческого тела, положению рук и выбору одежды. В исследовании команды использовалось обучение с подкреплением — вознаграждение за выполнение определенных задач — для создания общей системы одевания. В частности, исследователи давали роботу положительное вознаграждение каждый раз, когда он правильно размещал одежду. Благодаря постоянному усилению они повысили успешность усвоенной стратегии одевания системы.

Исследователи использовали симуляцию, чтобы научить робота манипулировать одеждой и одевать людей. Команде пришлось тщательно учитывать свойства материала одежды при переносе стратегии, изученной в симуляции, в реальный мир.

«На этапе моделирования мы используем намеренно рандомизированные различные свойства одежды, чтобы обученная роботом стратегия одевания охватывала широкий спектр свойств материала», — сказал Жаньи Сун, магистрант RI, который также работал над проектом. «Мы надеемся, что случайно изменяющиеся свойства одежды в симуляции отражают свойства одежды в реальном мире, поэтому стратегия одевания, изученная в имитационных средах, может быть легко перенесена в реальный мир».

Команда RI оценила роботизированную систему одевания в исследовании на людях, проведя 510 попыток одевания на 17 участницах с различными формами тела, положением рук и пятью предметами одежды. У большинства участников система смогла полностью натянуть рукав каждого предмета одежды на руку. При усреднении по всем тестовым случаям система одела 86% участников.

Исследователям пришлось учесть несколько проблем при разработке своей системы. Во-первых, одежда деформируема по своей природе, что затрудняет восприятие роботом всего предмета одежды и предсказание того, куда и как он будет двигаться.

«Одежда отличается от жестких объектов, которые позволяют оценивать состояние, поэтому мы должны использовать трехмерное представление для деформируемых объектов, чтобы робот мог воспринимать текущее состояние одежды и то, как она взаимодействует с рукой человека», — сказал Ван. «Используемое нами представление называется сегментированным облаком точек. Оно представляет видимые части одежды в виде набора точек».

Безопасное взаимодействие человека и робота также имело решающее значение. Важно было, чтобы робот избегал как приложения чрезмерной силы к руке человека, так и любых других действий, которые могли бы вызвать дискомфорт или поставить под угрозу безопасность человека. Чтобы снизить эти риски, команда наградила робота за бережное поведение.

Будущие исследования могут развиваться в нескольких направлениях. Например, команда хочет расширить возможности существующей системы, позволив ей надевать куртку на обе руки человека или натягивать футболку через голову. Обе задачи требуют более сложного дизайна и исполнения. Команда также надеется адаптироваться к движениям рук человека в процессе одевания и изучить более продвинутые навыки манипулирования роботом, такие как застегивание пуговиц или молнии.

По мере продвижения работы исследователи намерены проводить наблюдательные исследования в учреждениях сестринского ухода, чтобы получить представление о разнообразных потребностях отдельных лиц и улучшениях, которые необходимо внести в их текущую систему вспомогательной перевязки.