家庭機器人僕人還有很長的路要走——這就是為什麼

已發表: 2022-09-25

隨著人工智能和機器人技術的最新進展，人們對開發和銷售能夠處理各種家務的家用機器人僕人越來越感興趣。

特斯拉正在建造一個人形機器人，據首席執行官埃隆馬斯克稱，該機器人可用於做飯和幫助老年人。

亞馬遜最近收購了知名機器人吸塵器製造商 iRobot，並通過亞馬遜機器人計劃大力投資該技術，以將機器人技術擴展到消費市場。

2022 年 5 月，以電動吸塵器聞名的公司戴森宣布，它計劃建造英國最大的機器人技術中心，致力於開發能夠在住宅空間執行日常家務的家用機器人。

儘管興趣越來越大，但潛在客戶可能需要等待一段時間才能讓這些機器人上市。

雖然智能恆溫器和安全系統等設備在當今家庭中得到廣泛應用，但家用機器人的商業用途仍處於起步階段。

作為一名機器人研究人員，我親身了解家用機器人比智能數字設備或工業機器人更難製造。

處理對象

數字設備和機器人設備之間的一個主要區別是，家用機器人需要通過物理接觸來操縱物體來執行任務。

他們必須搬運盤子，移動椅子，撿起髒衣服並放入洗衣機。

這些操作要求機器人能夠處理形狀不規則的易碎、柔軟，有時甚至是沉重的物體。

最先進的人工智能和機器學習算法在模擬環境中表現良好。

但與現實世界中的物體接觸往往會使它們絆倒。發生這種情況是因為物理接觸通常難以建模，甚至更難控制。

雖然人類可以輕鬆地執行這些任務，但家用機器人要達到人類處理物體的能力仍存在重大技術障礙。

機器人在操縱物體的兩個方面存在困難：控制和傳感。

許多像裝配線上的拾取和放置機器人機械手都配備了一個簡單的抓手或專門用於某些任務的專用工具，例如抓取和搬運特定零件。

他們經常難以操縱形狀不規則或彈性材料的物體，特別是因為它們缺乏人類天生具有的有效力或觸覺反饋。

構建具有靈活手指的通用機器人手在技術上仍然具有挑戰性且成本高昂。

還值得一提的是，傳統的機器人機械手需要一個穩定的平台才能準確運行，但將它們與四處移動的平台一起使用時，精度會大幅下降，尤其是在各種表面上。

在移動機器人中協調運動和操縱是機器人社區中的一個懸而未決的問題，在功能廣泛的家用機器人進入市場之前需要解決這個問題。

在流水線或倉庫中，環境和任務順序是嚴格組織的。

這允許工程師對機器人的運動進行預編程，或使用二維碼等簡單方法來定位物體或目標位置。然而，家居用品往往雜亂無章，隨意放置。

家用機器人必須處理其工作空間中的許多不確定性。機器人必須首先定位並識別許多其他目標項目。

很多時候，它還需要清除或避開工作空間中的其他障礙物才能接觸到物品並執行給定的任務。

這就要求機器人具備出色的感知系統、高效的導航能力以及強大而準確的操控能力。

例如，機器人吸塵器的用戶知道他們必須從地板上清除所有小家具和其他障礙物，例如電纜，因為即使是最好的機器人吸塵器也無法自行清除它們。

更具挑戰性的是，當人和寵物近距離行走時，機器人必須在存在移動障礙物的情況下運行。

雖然它們對人類來說似乎很簡單，但許多家務活對機器人來說太複雜了。工業機器人非常適合重複操作，其中機器人運動可以預先編程。

但是家務活通常是特定情況下的，並且可能充滿驚喜，需要機器人不斷做出決定並改變其路線以執行任務。

想想做飯或洗碗。在幾分鐘的烹飪過程中，你可能會抓住一個炒鍋、一把鏟子、一個爐灶旋鈕、一個冰箱門把手、一個雞蛋和一瓶食用油。

要清洗平底鍋，您通常用一隻手握住並移動它，同時用另一隻手擦洗，並確保清除所有煮熟的食物殘渣，然後沖洗掉所有肥皂。

近年來，使用機器學習來訓練機器人在拾取和放置不同物體時做出智能決策已經取得了重大進展，這意味著抓取物體並將其從一個點移動到另一個點。

然而，即使是最好的學習算法，要能夠訓練機器人掌握所有不同類型的廚房工具和家用電器也將是另一個難度。

更何況人們的家裡往往有樓梯、狹窄的通道和高高的架子。那些難以到達的空間限制了當今移動機器人的使用，這些移動機器人往往使用輪子或四足。

類人機器人將更緊密地匹配人類為自己構建和組織的環境，但尚未在實驗室環境之外可靠地使用。

解決任務複雜性的一個方法是製造特殊用途的機器人，例如機器人吸塵器或廚房機器人。

在不久的將來可能會開發出許多不同類型的此類設備。不過，我相信通用家用機器人還有很長的路要走。

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編者註：本文由俄亥俄州立大學機械與航空航天工程助理教授 Ayonga Hereid 撰寫，並根據知識共享許可從 The Conversation 重新發布。 閱讀原文。