東京大學(xué)研發(fā)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，可實現(xiàn)第三方遠程操作可穿戴機械臂

寄生蟲可以改變寄主的行為，以達到自身更好地繁殖生存的目的。人類若受到一些寄生在腦部的寄生蟲，如終生寄生在腦部的弓形蟲（Toxoplasmosis），反應(yīng)能力會降低。

于高度結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中，遠程遙控操作是一種有價值的工具，在這種環(huán)境中會遇到各種各樣的場景和對象。在這種情況下，機器人可以比完全自主的操縱更快，更輕松地依靠人類的認知來處理極端情況。機器人遙控操作的重要研究方向旨在使操作員盡可能直觀地使用這些控件，直觀的控件可最大程度地減少人類遙操作員所需的培訓(xùn)時間。

針對機器人不能進行遠程控制這一局限，12月30日消息，機器人技術(shù)的最新發(fā)展已使系統(tǒng)的開發(fā)能夠協(xié)助人類完成各種任務(wù)。在過去的幾年中已經(jīng)獲得廣泛普及的一種機器人系統(tǒng)是由第三方遠程操作的可穿戴機械臂。

在協(xié)助用戶的同時，這些部門需要收集視覺反饋并與第三方運營商共享?？梢酝ㄟ^多種方式收集此反饋，其中最常見的方式是將相機放置在“托管”機械臂的用戶身上，也稱為主體操作員（MBO）。但是，這種用于收集視覺數(shù)據(jù)的特定方法可能會受到一定限制，因為它高度依賴于佩戴系統(tǒng)的用戶的運動。

考慮到這一限制，慶應(yīng)一University大學(xué)，RIKEN AIP和東京大學(xué)的研究人員最近開發(fā)了一個虛擬現(xiàn)實（VR）系統(tǒng)，以研究“人體編輯”的概念，該技術(shù)需要使用可穿戴的機器人肢體來幫助人類日常任務(wù)。他們的研究由日本科學(xué)技術(shù)廳（JST）的先進技術(shù)探索研究（ERATO）計劃資助。

進行這項研究的研究人員之一阿德里安· 韋爾斯特（Adrien Verhulst）對TechXplore表示：“ 我們最近的工作的首要目標是研究身體編輯，這是我們研究小組ERATO JIZAI的一部分。身體編輯，例如使用可穿戴輔助機器人技術(shù)來擴展身體，是在某些文化領(lǐng)域很容易找到的概念，例如巖井瞳的漫畫系列Parasyte。為您提供幫助正是我們所要尋找的，因此我們試圖在VR中輕松地復(fù)制這一想法?！?/p>

Verhulst和他的同事們希望進行所謂的“共享身體”實驗。他們沒有提出解決方案來克服當(dāng)前系統(tǒng)收集視覺反饋的局限性，而是著手比較和評估現(xiàn)有方法。

為此，他們開發(fā)了一種VR系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用optitrack技術(shù)跟蹤用戶的身體，并使用頭戴式顯示器（HMD）來查看MBO和機械臂的身體方向。在他們的論文中，研究人員將機械手的用戶稱為“主體”，將第三方遠程操作員稱為“寄生體”。

“邏輯上認為，如果‘寄生蟲體’附著在主體上，那么當(dāng)主體運動時，寄生蟲最終會生病，對嗎？” Verhulst說?！耙虼耍覀儐栕约旱膯栴}是：我們應(yīng)該如何調(diào)整身體收集的視覺反饋？像電子游戲一樣，它應(yīng)該是第三種視圖嗎？然后應(yīng)該放置在主體上方，側(cè)面，還是接近行動？也許我們可以分享相同的觀點？還是取決于雙方的行動的觀點？”

來自不同公司和機構(gòu)的團隊提出了幾種從機械臂收集視覺反饋的方法。其中最突出的是“共享視圖”概念，第三人稱視圖和即時操作視圖。

就像他們的名字所暗示的那樣，共享視圖方法收集的視覺反饋與戴著機械臂的用戶所看到的相匹配。第三人稱視圖表示第三人站在用戶旁邊或后面時會看到什么，而“接近動作”視圖則顯示了正在完成的任務(wù)的特寫。研究人員想研究這些不同的觀察模式是否應(yīng)取決于主體，寄生蟲體或兩者的運動。

為了探討這個問題，他們使用自己開發(fā)的VR系統(tǒng)對16位人類用戶進行了實驗。這使他們可以收集有關(guān)收集視覺反饋的不同方法的有趣見解。盡管如此，由于參加研究的人數(shù)有限，他們的發(fā)現(xiàn)仍是初步的。

“人們需要感覺到他們的四肢方向才能使用它。嘗試一下：如果您將攝像機以怪異的角度擺在您面前，并且只能從該攝像機看到自己，您將遇到更多困難將手臂向給定方向移動?！?Verhulst解釋說?！斑@意味著，每次主體移動時，寄生蟲的身體都會重新定向。有趣的是，我們沒有注意到人體所有權(quán)評分存在明顯差異，這意味著，無論從哪個角度來看，參與者都感覺自己‘擁有’自己的身體，并且他們控制了它。”

Verhulst和他的同事收集的觀察結(jié)果表明，觀點依賴并不那么重要。換句話說，無論是通過將相機放置在機械臂上，人類用戶的肩膀上還是兩者之間來收集視覺反饋，當(dāng)他/她通過相機查看時，仍然可以獲得正確的“身體所有權(quán)”。

Verhulst補充說：“我們收集的結(jié)果非常令人驚訝?！?“我們也沒有發(fā)現(xiàn)工作量方面的任何重大困難（例如，身體負荷，精神負荷，精力，時間），這再次暗示著相機依賴在這方面無關(guān)緊要。但是，參與者的表現(xiàn)是在試圖同時依賴于主體和寄生蟲的情況下要好一些，這暗示著為了獲得最大的效果，最好將相機放置在主體上，但要機動化以跟隨控制對象的人的運動。機械臂?！?/p>

該研究人員小組進行的調(diào)查專門針對機器人手臂第三方操作員在涉及發(fā)現(xiàn)和到達物體的任務(wù)中的視角依賴性。將來，他們開發(fā)的VR系統(tǒng)還可以用于研究方法，以收集有關(guān)更精細和現(xiàn)實任務(wù)的視覺反饋。

參與這項研究的另一位研究人員yo澤亮（Ryo Takizawa）告訴TechXplore：“下一步是創(chuàng)建一個具有更現(xiàn)實的情況和配置的實驗環(huán)境?！?“為了探索協(xié)作工作中的合作方法，我們正在考慮限制通信方法并改進VR模型，等等?！?/p>

研究人員決定使用VR并進行虛擬實驗，因為它是一種簡單且便宜的解決方案，不需要維護先進的機器人系統(tǒng)。為了確定他們的發(fā)現(xiàn)的有效性，他們最終將需要將他們的結(jié)果與使用真實機械臂獲得的結(jié)果進行比較。

Verhulst和他的同事們在未來的工作中還計劃進行類似的實驗，在該實驗中，參與者將接受事先完成的任務(wù)的培訓(xùn)，因為他們相信這樣做會導(dǎo)致不同的結(jié)果。實際上，在此研究中，用戶在使用其VR平臺之前未接受任何培訓(xùn)。

“我們需要考慮如何在機構(gòu)編輯和共享的機構(gòu)環(huán)境中設(shè)計培訓(xùn)任務(wù)或計劃，尤其是在如何簡化（如果不能增強）合作任務(wù)方面。我一直在探索相同時間，相同動作同步的概念，該概念與其他情況下合作績效的提高有關(guān)。我們想知道這種“共享行動”策略在這種情況下是否可行？兩個人在VR中共享非常不同尋常的身體?！?/p>

責(zé)任編輯：gt