Никто не мог винить студентов Университета Карнеги-Меллона Ахила Падманабху и Джанави Гупту, если в августе прошлого года они немного волновались, когда ехали в дом Генри и Джейн Эванс в районе Залива.
Следующие семь дней студенты собирались жить с незнакомцами. Вдобавок ко всему, Генри, человек с параличом нижних конечностей, проведет неделю, проверяя свою вспомогательную телеоперацию на голове (HAT) — экспериментальный интерфейс для управления мобильным роботом .
HAT требует меньше навыков мелкой моторики, чем другие интерфейсы, чтобы помочь людям с той или иной формой паралича или аналогичными двигательными нарушениями управлять мобильным роботом и манипулятором. Оно позволяет пользователям управлять мобильным роботом с помощью движения головы и распознавания речи , а версии устройства оснащены микрофоном громкой связи и датчиком ношения на голове.
Падманабха и Гупта быстро поняли, что любой трепет, который они могли испытывать, был неуместен. Генри, который потерял способность двигать конечностями и говорить после инсульта ствола мозга два десятилетия назад, любил использовать HAT для управления роботом, двигая головой, и в некоторых ситуациях предпочитал HAT экрану компьютера, который он обычно использует.
«Мы были рады видеть, что это хорошо работает в реальном мире», — сказал Падманабха, доктор философии. студент факультета робототехники, возглавляющий исследовательскую группу HAT. «За неделю Генри стал более опытным в использовании HAT и дал нам много ценных отзывов».
Во время домашнего испытания исследователи просили Генри выполнять заранее определенные задачи, такие как принести напитки, покормить себя и почесать зуд. Генри руководил роботом — Стретчем, коммерчески доступным мобильным роботом, оснащенным клешнеподобным захватом на единственной руке — используя HAT для управления им.
Ежедневно Генри выполнял так называемую задачу «одеяло + салфетка + мусор», которая заключалась в том, чтобы снять одеяло со своего тела, взять салфетку и вытереть ею лицо, а затем выбросить салфетку. По ходу недели Генри мог делать это все быстрее и быстрее и с меньшим количеством ошибок.
Генри сказал, что он предпочитает использовать HAT с роботом для выполнения определенных задач, а не зависеть от опекуна.
«Определенно чешется», — сказал он. «Я был бы рад, если бы он стоял рядом со мной весь день, готовый сделать это или поднести полотенце ко рту. Кроме того, он кормил меня мягкой пищей, управлял жалюзи и выполнял случайную работу по комнате».
В частности, одно из нововведений — программное обеспечение под названием Driver Assistance, которое помогает совместить захват робота с объектом, который пользователь хочет поднять, — было «потрясающим», сказал Генри. Система помощи водителю оставляет пользователю все под контролем, в то время как она выполняет точные настройки и исправления, которые могут сделать управление роботом утомительным и трудоемким.
«Это лучше, чем все, что я пытался понять», — сказал Генри, добавив, что он хотел бы, чтобы система помощи водителю использовалась для каждого интерфейса, управляющего роботами Stretch.
Фото: Университет Карнеги-Меллон.
Похвала Генри, а также его предложения по улучшению HAT – это немалое дело. Он участвовал во многих исследовательских проектах, включая разработку Stretch, и его опыт широко известен в сообществе ассистивной робототехники. О нем даже писала газета Washington Post , а в прошлом году он появился на обложке журнала IEEE Spectrum .
По электронной почте Генри сообщил, что его стимул для участия в исследовании прост. «Без технологий я бы проводил каждый день, глядя в потолок и ожидая смерти», — сказал он. «Чтобы иметь возможность снова манипулировать своим окружением по своей воле, это достаточная мотивация».
Падманабха сказал, что дизайн, ориентированный на пользователя или совместный, важен в сообществе вспомогательных устройств и требует получения обратной связи от потенциальных пользователей на каждом этапе. Отзывы Генри оказались чрезвычайно полезными и дали команде новые идеи для размышления по мере продвижения вперед.
Исследователи HAT представят результаты своего исследования на Международной конференции ACM/IEEE по взаимодействию человека и робота, которая пройдет 11–15 марта в Боулдере, штат Колорадо.
HAT зародился более двух лет назад в рамках проектного курса, который вел Закори Эриксон, доцент Института робототехники. Студенты связались с Генри в рамках процесса поиска клиентов. Уже тогда он был воодушевлен возможностью использования прототипа.
Проект показал себя многообещающим и позже был исключен из класса. Ранняя версия HAT была разработана и протестирована в лаборатории участниками как с двигательными нарушениями, так и без них. Когда пришло время провести домашнее исследование, Генри показался логичным человеком, с которого можно было бы начать.
Во время недельного исследования Падманабха и Гупта круглосуточно жили в доме Эвансов, как для удобства поездок, так и для того, чтобы иметь возможность проводить тестирование, когда Генри был готов. Наличие незнакомцев в доме круглосуточно и без выходных типично для исследований, в которых принимал участие Генри, и не имеет большого значения для него и Джейн.
«Мы оба из больших семей», - сказал он.
Падманабха и Гупта, специализирующиеся на компьютерных науках, также быстро приспособились к новой обстановке и привыкли общаться с Генри с помощью доски объявлений — инструмента, который позволяет Генри произносить слова, глядя на каждую букву или направляя лазер на каждую букву. Пара даже играла в покер с Генри и Джейн, причем Генри использовал Стретч, чтобы манипулировать своими картами.
В более ранних тестах HAT использовала движения головы и голосовые команды для управления роботом. Генри не может говорить, но может двигать большим пальцем левой руки ровно настолько, чтобы щелкать компьютерной мышкой. Поэтому команда переконфигурировала HAT для испытания Эванса, заменив голосовые команды щелчками компьютера , чтобы переключаться между режимами, которые включают в себя управление движением основания робота, руки или запястья или приостановку робота.
«Среди людей с двигательными нарушениями у всех разные уровни двигательных функций», — сказал Падманабха. «У некоторых может быть движение головы; у других может быть только речь; у третьих есть только возможность щелкать мышью. Поэтому важно, чтобы вы позволяли настраивать свой интерфейс».
Генри Эванс использует вспомогательную телеоперацию на голове (HAT) , чтобы управлять роботом, манипулирующим одеялом. HAT — это экспериментальный интерфейс для управления мобильным роботом, разработанный Ахилом Падманабхой и Джанави Гуптой, исследователями из Школы компьютерных наук Университета Карнеги-Меллон. Эванс, человек с параличом нижних конечностей, протестировал HAT у себя дома и использовал его для выполнения повседневных задач. Фото: Университет Карнеги-Меллон.
Движения головы являются ключом к использованию HAT, который обнаруживает движение головы с помощью датчика в кепке, повязке на голову или — в случае Генри — подбородочном ремне.
«Люди используют жесты головой как способ общения друг с другом, и я думаю, что это естественный способ управления роботом или жестикулирования», — сказал Падманабха.
Графический интерфейс пользователя — экран компьютера — более типичен для управления роботами. Но Гупта сказал, что пользователям не нравится использовать экран компьютера для управления роботом, который работает вокруг их тела.
«Может быть страшно иметь робота рядом с вашим лицом, пытающегося накормить вас или вытереть лицо», — сказала она. Поэтому многие исследования пользователей уклоняются от выполнения задач, которые близки к реальности. Но как только Генри привык к HAT, он без колебаний выполнял подобные задачи, добавила она.
Доступен экран компьютера для управления Stretch в задачах, находящихся вне поля зрения пользователя, например, для отправки робота за чем-то из другой комнаты. По предложению Генри исследователи сделали возможным использовать HAT для управления компьютерным курсором с помощью движений головы.
Помимо Гупты, Падманабхи и Эриксона, в исследовательскую группу входят Кармель Маджиди из CMU, профессор машиностроения Кларенса Х. Адамсона; Дуглас Вебер, профессор машиностроения Ахтара и Бхутты; и Джехан Янг, доктор философии. студент машиностроительного факультета. Также включены Ви Нгуен из Hello Robot Inc, производителя Stretch; и Чэнь Чен, студент Университета Цинхуа в Пекине, который внедрил программное обеспечение для помощи водителю.
Хотя Stretch коммерчески доступен, он по-прежнему в основном используется исследователями, и у CMU их 10–15. Это простой робот с ограниченными возможностями, но Падманабха сказал, что его цена примерно в 25 000 долларов вселяет надежду на более широкое использование мобильных роботов.
«Мы приближаемся к той ценовой точке, когда, по нашему мнению, в ближайшем будущем роботы могут появиться дома», — сказал он.
Генри сказал, что Stretch/HAT все еще нуждается в общесистемной отладке и добавлении функций, прежде чем он получит более широкое распространение. Он считает, что это может произойти всего через пять лет, хотя это будет зависеть не только от цены и характеристик, но и от выбора рынка.
"Я считаю, что рынок пожилых людей больше и богаче и поэтому будет развиваться быстрее, чем рынок людей с ограниченными возможностями", - сказал он.
