家庭机器人仆人还有很长的路要走——这就是为什么

已发表: 2022-09-25

随着人工智能和机器人技术的最新进展，人们对开发和销售能够处理各种家务的家用机器人仆人越来越感兴趣。

特斯拉正在建造一个人形机器人，据首席执行官埃隆马斯克称，该机器人可用于做饭和帮助老年人。

亚马逊最近收购了知名机器人吸尘器制造商 iRobot，并通过亚马逊机器人计划大力投资该技术，以将机器人技术扩展到消费市场。

2022 年 5 月，以电动吸尘器闻名的公司戴森宣布，它计划建造英国最大的机器人技术中心，致力于开发能够在住宅空间执行日常家务的家用机器人。

尽管兴趣越来越大，但潜在客户可能需要等待一段时间才能让这些机器人上市。

虽然智能恒温器和安全系统等设备在当今家庭中得到广泛应用，但家用机器人的商业用途仍处于起步阶段。

作为一名机器人研究人员，我亲身了解家用机器人比智能数字设备或工业机器人更难制造。

处理对象

数字设备和机器人设备之间的一个主要区别是，家用机器人需要通过物理接触来操纵物体来执行任务。

他们必须搬运盘子，移动椅子，捡起脏衣服并放入洗衣机。

这些操作要求机器人能够处理形状不规则的易碎、柔软，有时甚至是沉重的物体。

最先进的人工智能和机器学习算法在模拟环境中表现良好。

但与现实世界中的物体接触往往会使它们绊倒。发生这种情况是因为物理接触通常难以建模，甚至更难控制。

虽然人类可以轻松地执行这些任务，但家用机器人要达到人类处理物体的能力仍存在重大技术障碍。

机器人在操纵物体的两个方面存在困难：控制和传感。

许多像装配线上的拾取和放置机器人机械手都配备了一个简单的抓手或专门用于某些任务的专用工具，例如抓取和搬运特定零件。

他们经常难以操纵形状不规则或弹性材料的物体，特别是因为它们缺乏人类天生具有的有效力或触觉反馈。

构建具有灵活手指的通用机器人手在技术上仍然具有挑战性且成本高昂。

还值得一提的是，传统的机器人机械手需要一个稳定的平台才能准确运行，但将它们与四处移动的平台一起使用时，精度会大幅下降，尤其是在各种表面上。

在移动机器人中协调运动和操纵是机器人社区中的一个悬而未决的问题，在功能广泛的家用机器人进入市场之前需要解决这个问题。

在流水线或仓库中，环境和任务顺序是严格组织的。

这允许工程师对机器人的运动进行预编程，或使用二维码等简单方法来定位物体或目标位置。然而，家居用品往往杂乱无章，随意放置。

家用机器人必须处理其工作空间中的许多不确定性。机器人必须首先定位并识别许多其他目标项目。

很多时候，它还需要清除或避开工作空间中的其他障碍物才能接触到物品并执行给定的任务。

这就要求机器人具备出色的感知系统、高效的导航能力以及强大而准确的操控能力。

例如，机器人吸尘器的用户知道他们必须从地板上清除所有小家具和其他障碍物，例如电缆，因为即使是最好的机器人吸尘器也无法自行清除它们。

更具挑战性的是，当人和宠物近距离行走时，机器人必须在存在移动障碍物的情况下运行。

虽然它们对人类来说似乎很简单，但许多家务活对机器人来说太复杂了。工业机器人非常适合重复操作，其中机器人运动可以预先编程。

但是家务活通常是特定情况下的，并且可能充满惊喜，需要机器人不断做出决定并改变其路线以执行任务。

想想做饭或洗碗。在几分钟的烹饪过程中，你可能会抓住一个炒锅、一把铲子、一个炉灶旋钮、一个冰箱门把手、一个鸡蛋和一瓶食用油。

要清洗平底锅，您通常用一只手握住并移动它，同时用另一只手擦洗，并确保清除所有煮熟的食物残渣，然后冲洗掉所有肥皂。

近年来，使用机器学习来训练机器人在拾取和放置不同物体时做出智能决策已经取得了重大进展，这意味着抓取物体并将其从一个点移动到另一个点。

然而，即使是最好的学习算法，要能够训练机器人掌握所有不同类型的厨房工具和家用电器也将是另一个难度。

更何况人们的家里往往有楼梯、狭窄的通道和高高的架子。那些难以到达的空间限制了当今移动机器人的使用，这些移动机器人往往使用轮子或四足。

类人机器人将更紧密地匹配人类为自己构建和组织的环境，但尚未在实验室环境之外可靠地使用。

解决任务复杂性的一个方法是制造特殊用途的机器人，例如机器人吸尘器或厨房机器人。

在不久的将来可能会开发出许多不同类型的此类设备。不过，我相信通用家用机器人还有很长的路要走。

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编者注：本文由俄亥俄州立大学机械与航空航天工程助理教授 Ayonga Hereid 撰写，并根据知识共享许可从 The Conversation 重新发布。 阅读原文。