機(jī)械手臂可以把食物送進(jìn)人類嘴巴里

美國約有一百萬的人不能自主進(jìn)食。有的是因?yàn)闅堈蠁栴}，有的年齡漸長不方便，他們需要護(hù)工用勺子一口一口地將食物送進(jìn)嘴里。華盛頓大學(xué)去年成功研發(fā)一種專門用于喂食的機(jī)械手臂，機(jī)器人還能嵌在輪椅上，手臂一頭握著勺子，裝好食物，然后送入病人口中。

但午餐場合要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化并不是那么容易。研究者首先要對(duì)用戶進(jìn)食體驗(yàn)進(jìn)行解構(gòu)，才能讓機(jī)器人掌握叉子的使用。

而喂食機(jī)器人也需要多領(lǐng)域的共同研究與支持。這個(gè)過程最重要的第一步就是需要機(jī)器人可以準(zhǔn)確無誤地叉中食物。無論是脆蘿卜，還是外表光滑難以夾住的葡萄，或是軟糯的香蕉，不同的食物帶來不同的難題。參與該項(xiàng)目的計(jì)算機(jī)科學(xué)博士生Gilwoo Lee表示，“人們用叉子戳食物時(shí)往往會(huì)考慮食物的形狀，硬度和進(jìn)食方式等方面。”因此實(shí)驗(yàn)室邀請一組人員使用帶有傳感器的叉子對(duì)人體模型進(jìn)行喂食，同時(shí)研究人員會(huì)記錄有關(guān)數(shù)據(jù)，以此更好理解其中的微小動(dòng)作。

舉個(gè)例子，香蕉剝開皮后還是完整的的。但機(jī)器手臂要想叉起這種水果時(shí)，香蕉也很容易滑下來。Lee說：“為了提高叉中柔軟物體的成功率，我們特意在機(jī)械手臂彎曲時(shí)設(shè)置一個(gè)專門的角度以防物體掉落。”

在把食物送進(jìn)使用者嘴巴里的過程中，叉子上升到合適高度，牢牢叉住食物避免下掉是第二個(gè)難題。研究人員在這一部分的實(shí)驗(yàn)中特意讓機(jī)械手臂給無障礙人士喂食。他們發(fā)現(xiàn)，像蘿卜這種口感爽脆的食物不僅需要固定機(jī)械手臂彎曲的角度，喂食位置也不宜多變。倘若叉子插在蘿卜中間，人就無法完全吃到食物，像蘿卜這種長條狀的食物應(yīng)該用叉子戳在食物尾端。

待軟件收集了足夠多的進(jìn)食數(shù)據(jù)后，機(jī)器人用物體識(shí)別軟件分辨12種食物（蘋果，香蕉，燈籠椒，西蘭花，哈密瓜，蘿卜，花椰菜，圣女果，葡萄，蜜瓜，獼猴桃，草莓），并根據(jù)食物不同的形狀來改變獲取方式。此外，機(jī)器人還可以感知使用者嘴巴張開等待喂食，便將食物送入口中。

研究隊(duì)伍承認(rèn)，這種方式仍不盡完善——若使用者一邊進(jìn)食一邊聊天，那么機(jī)器人可能會(huì)誤判其行為，一個(gè)簡單的張嘴打招呼行為可能會(huì)被認(rèn)為是發(fā)出了想吃東西的信號(hào)。同時(shí)這種機(jī)器人也不能自行切割食物，但Lee指出在上述條件下，身體不便的中風(fēng)患者可以使用單手砧板，將來機(jī)器人也會(huì)學(xué)習(xí)這一類切割技能。如今，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造新的算法，致力于讓機(jī)器人學(xué)習(xí)拿起各種各樣的食物（卷意大利面也是它的必修課）以應(yīng)對(duì)將來更多的挑戰(zhàn)。

目前團(tuán)隊(duì)還沒有將產(chǎn)品上市的計(jì)劃。令人感到振奮的是，機(jī)器人所有的零件都是現(xiàn)有的。機(jī)器人最核心的手臂部分是Kinova生產(chǎn)的Jaco輔助機(jī)械臂，而相機(jī)和深度傳感器則由Intel（英特爾）制造。這都意味著我們?nèi)缃竦奈锢砑夹g(shù)越趨成熟，人們的進(jìn)食問題得以解決，最后的難題就是如何將復(fù)雜的用戶體驗(yàn)轉(zhuǎn)換成代碼而已。