Il robot della Carnegie Mellon University si mette la camicia

Il sistema di vestizione assistito da robot si adatta a diverse pose, tipi di corpo e indumenti

Università Carnegie Mellon

immagine: Yufei Wang, un Ph.D. Uno studente del Robotics Institute della Carnegie Mellon University osserva un robot che gli infila un camice da ospedale sul braccio.vedere di più

Credito: Carnegie Mellon University

La maggior parte delle persone dà per scontato vestirsi. Ma i dati del Centro nazionale per le statistiche sanitarie rivelano che il 92% dei residenti nelle strutture di cura e dei pazienti sottoposti a assistenza domiciliare necessitano di assistenza per vestirsi.

I ricercatori del Robotics Institute (RI) della Carnegie Mellon University vedono un futuro in cui i robot potranno aiutare con questa esigenza e stanno lavorando per renderlo possibile.

"Sorprendentemente, gli sforzi esistenti nella vestizione assistita da robot hanno principalmente presupposto la vestizione con una gamma limitata di pose delle braccia e con un singolo indumento fisso, come un camice da ospedale", ha affermato Yufei Wang, Ph.D. del RI. studente che lavora su un sistema di vestizione assistito da robot. "Sviluppare un sistema generale per affrontare la vasta gamma di indumenti di uso quotidiano e le diverse capacità delle funzioni motorie è il nostro obiettivo generale. Vogliamo anche estendere il sistema a individui con diversi livelli di movimento del braccio limitato".

Il sistema di vestizione assistito da robot sfrutta le capacità dell’intelligenza artificiale per adattarsi a varie forme del corpo umano, pose delle braccia e selezioni di abbigliamento. La ricerca del team ha utilizzato l'apprendimento per rinforzo – ricompense per aver portato a termine determinati compiti – per realizzare il loro sistema generale di vestizione. Nello specifico, i ricercatori hanno dato al robot una ricompensa positiva ogni volta che posizionava correttamente un indumento lungo il braccio di una persona. Attraverso un rinforzo continuo, hanno aumentato il tasso di successo della strategia di medicazione appresa del sistema.

I ricercatori hanno utilizzato una simulazione per insegnare al robot come manipolare gli abiti e vestire le persone. Il team ha dovuto occuparsi attentamente delle proprietà del materiale dell'abbigliamento durante il trasferimento della strategia appresa nella simulazione nel mondo reale.

"Nella fase di simulazione, utilizziamo diverse proprietà di abbigliamento deliberatamente randomizzate per guidare la strategia di vestizione appresa dal robot in modo da comprendere un ampio spettro di attributi materiali", ha affermato Zhanyi Sun, uno studente del master RI che ha anche lavorato al progetto. "Speriamo che le proprietà degli indumenti variate in modo casuale nella simulazione incapsulino le proprietà degli indumenti nel mondo reale, in modo che la strategia di vestizione appresa negli ambienti di simulazione possa essere trasferita senza problemi nel mondo reale."

Il team del RI ha valutato il sistema di vestizione robotizzato in uno studio sull'uomo con 510 prove di vestizione su 17 partecipanti con diverse forme del corpo, pose delle braccia e cinque indumenti. Per la maggior parte dei partecipanti, il sistema è stato in grado di infilare completamente la manica di ciascun indumento sul braccio. Facendo la media di tutti i casi di test, il sistema ha vestito l'86% della lunghezza delle braccia dei partecipanti.

I ricercatori hanno dovuto considerare diverse sfide durante la progettazione del loro sistema. Innanzitutto, i vestiti sono deformabili per natura, il che rende difficile per il robot percepire l’intero capo e prevedere dove e come si muoverà.

"I vestiti sono diversi dagli oggetti rigidi che consentono la stima dello stato, quindi dobbiamo utilizzare una rappresentazione ad alta dimensione per gli oggetti deformabili per consentire al robot di percepire lo stato attuale dei vestiti e il modo in cui interagiscono con il braccio umano", ha detto Wang. "La rappresentazione che usiamo è chiamata nuvola di punti segmentata. Rappresenta le parti visibili dei vestiti come un insieme di punti."

Anche l’interazione sicura uomo-robot è stata cruciale. Era importante che il robot evitasse sia di applicare una forza eccessiva al braccio umano sia di compiere qualsiasi altra azione che potesse causare disagio o compromettere la sicurezza dell'individuo. Per mitigare questi rischi, il team ha premiato il robot per la sua condotta gentile.

La ricerca futura potrebbe andare in diverse direzioni. Ad esempio, il team vuole espandere le capacità del sistema attuale consentendogli di mettere una giacca su entrambe le braccia di una persona o di infilargli una maglietta sopra la testa. Entrambe le attività richiedono una progettazione ed esecuzione più complesse. Il team spera inoltre di adattarsi ai movimenti del braccio umano durante il processo di vestizione e di esplorare abilità di manipolazione del robot più avanzate come l'abbottonatura o la chiusura lampo.