让机器人给自己刮胡子 这个美国小伙亲自做了回小白鼠

大数据文摘专稿

作者：刘俊寰、朱科锦

久违的自由，你，是否已跃跃欲试，想要一探理发店的新风貌？那及腰的长发，或是堪比太乙真人的胡须，是否让你心生急切，渴望得到精心的修剪？在这个特殊的时刻，如何保持社交距离的又能优雅地打理自己的胡须呢？好消息！国外研究者们带来了解决方案——一款远程剪胡子的机器人。听起来似乎有些不可思议，但这正是科技的力量所在。

东北大学的机器人专家John Peter Whitney成为了第一个尝试这项技术的“小白鼠”。在紧张的氛围中，他体验了被机器人刮胡子的感觉。事实证明，这次尝试是成功的。Whitney表示，这是他第一次被其他“人”使用直剃刀剃胡子，虽然过程让他有些紧张，但结果令人满意。

这款机器人的研发细节已在ArXiv上公布，更多精彩内容等你来探索。

Whitney在RSS研讨会上分享了关于直剃刀的研究挑战和对机器人性能与可靠性的要求。他认为直剃刀的使用对于机器人技术来说是一个充满趣味且极具价值的挑战。在这一过程中，他用手臂进行了多次练习以确保机器人的操作安全。即使如此，要让机器人在无人监督的情况下为他人刮胡子仍然是一项艰巨的任务。这需要大量的研究和努力，包括提高硬件的可靠性和开发感知与计划算法等关键技术。同时还需要建立容错机制以及提高机器人对于复杂环境的适应能力。

Whitney的目标不仅仅是开发出直线剃须刀机器人那么简单。他的目标更具普遍意义，他希望探索出更多子目标以推动机器人技术的进步。他和他的学生正与波士顿的布里格姆妇女医院合作开发一种特殊的硬件系统用于MRI兼容的远程穿刺活检手术等应用。他们还在探索如何将精致的触摸与复杂的操作相结合以实现更精准的定位和操作方式尤其是在视觉受限的情况下。Whitney表示这些技术和应用对于医疗机器人辅助和康复机器人以及多方远程操作系统等领域具有巨大的潜力。这些领域需要机器人具备与微妙且不确定的环境进行交互的能力而这正是他们研究的重点和方向。

那么如何实现这样的技术突破呢？答案涉及到多个方面的努力和系统构建。从系统设计与建模到驱动和控制结构的开发再到机械设计和试验台安装以及系统建模与识别每一步都需要精心设计和实践。此外力反馈控制也是不可忽视的一环它将在整个系统中起到至关重要的作用。研究团队在机械设计阶段已经采用了滚动膜片驱动的二自由度夹持器作为流体驱动系统内部流体压力反馈的实验台进行深入研究和实践。每一次的技术突破都将推动机器人技术的进步并为我们带来更多的惊喜和可能性。在技术的巧妙运用下，每个执行机构如同一座精巧的双作用活塞密封装置，融合了低摩擦纤维弹性体滚动隔膜技术。这两个隔膜执行机构驱动独立的手指，实现腕节与夹持夹道的功能。输入的动能通过纤维增强橡胶软管传递，与独立的直驱无刷电机（Akribis ACD120-80）紧密相连，并由中引入的旋转膜片执行器精准控制。

这种方法巧妙地结合了软流体执行器的轻盈、低摩擦与直接驱动SEA的可控性和卓越性能。

系统的流体压力记录采用模拟输入EtherCAT终端，以16位分辨率精确记录。临时光学编码器负责在系统识别期间测量反驱动手指的位置，其最大分辨率高达10,000脉冲/转速（或40000计数/转速与正交）。这一切都离不开低级控制代码的支持，它运用简单的Open EtherCAT Master (SOEM)库，使得主控制循环能在隔离的CPU核心上以每秒2kHz的速度稳定运行。

在测试阶段，该设备依靠流体执行器驱动，其驱动器通过水管完成从初级到次级的力的传导。这一流程让人想起Whitney在芝加哥IROS 2014展会上展示的那种优雅的流体致动器系统。那些执行器使用包含流体（如空气或水）的管道，有效利用流体的可压缩性，将力从主机器人传递到次机器人，从而实现顺从性或高保真的力反馈。

在当代疫情之下，创意无处不在。除了远程刮胡子，现在甚至有了机器人理发师提供“洗剪吹一条龙服务”。YouTube博主小哥Shane Wighton为我们展示了这一创新。

他的理发机器人设计简洁而高效，由三部分组成：模拟人类手指的夹发部分，控制剪刀移动的部分以及操作剪刀的部分。当机器运行时，首先由上方的“吸盘”吸附头发，随后机械手夹紧吸住的头发，最后“剪刀手”轻松完成修剪。

为了实现更均匀和自然的发型设计，Wighton为机器人配备了环形滑轨和深度摄像头。摄像头结合人脸识别和深度数据，准确识别头部位置。为了确保系统的灵活性和安全性，Wighton还设计了一个智能开关，当摄像头被遮挡或机械臂遇到障碍时，机械臂会自动后退。

在发型设计方面，Wighton利用3D建模技术，通过颜色的深浅表示头发的长度，并在3D模型上标注剪发的角度和方向。

最终的效果令人惊喜。无论是远程刮胡子还是自动理发，当这项技术真正普及的时候，你是否愿意尝试呢？这既是一个技术的挑战，也是对未来生活方式的思考。