装在天花板的机器人，丰田研讨中心展望家用机器人系统方案

近日，丰田研中心（TRI）展现了他们近期正在停止的一些项目，其中包括移动机器人、安装在天花板的机器人、软体泡沫夹爪等，这些机器人目的是完成家庭环境的运用。正如TRI首席执行官Gill·Pratt强调的：丰田正专注于机器人和人工智能技术，“目的是完成机器人辅助人类，而不是取代人类”，以便人们在变老的时分照旧可以独立生活和工作。

△ 丰田家用机器人场景
机器人的潜力和应战

根据结合国（UnitedNations）的数据，将来30年，全球65岁以上人口估计将添加一倍以上。这意味着到2050年，全球将有超过15亿人年满65岁。人口老龄化将对社会、休息力和经济产生深远影响。为了给为日益老龄化的休息力提供协助，机器人与自动化技术将会有宏大的需求。它可以协助人们完成更多义务和工作，让人们有更多的工夫与家人在一同，做本人喜欢的事。

TRI以为，机器人如今还没大规模有出如今家庭场景中，由于机器人专家还没有弄清楚如何让机器人在复杂、非结构化的人类日常生活环境中牢靠地工作。不像工厂，那里的环境是结构化的、可编程的，普通状况下的人类环境，是非结构化的和多样化的。例如，每个家庭都是独一无二的，有不同的物品组合，并且在时辰发生变化。

TRI要集中精神于家用机器人，这反映了TRI试图做一件长远的事情，由于家庭是我们最需求机器人的地方，同时也是最难部署机器人的地方。除家庭环境的不可预测性，另一个理想就是家里往往住着对安全性要求极高的人类，目前机器人仍不满足高安全性要求。但随着人口老龄化的持续（这在日本是一个日益严重的成绩），室内场景运用的宏大潜力是确定的。

△ Toyota Robot

在过去的几年里，丰田在前瞻性机器人研讨方面投入了更多的精神。除了搭建丰田研讨中心，丰田还计划在富士山旁边建造一座占地175英亩、由机器人驱动的将来城市。就连丰田本人也承认这能够是疯狂的，但这就是他们正在做的——正如TRI首席执行官Gill Pratt不久前所说，当丰田决议做某件事时，他们真的会竭尽全力。
安装在天花板的家庭机器人

在思索家庭机器人处理方案时，TRI团队也在思索一些更激进的想法。其中一个创新的概念是“悬挂式机器人”。

我们通常看到机器人局限在地板上、桌子上或移动基座上的缘由是我们是两足动物，而不是蝙蝠，假如你给机器人一个相似于人类的行为形式，让它进入一个人类的工作空间是很容易做到的。但假如你想要抓取高处的东西，或许天花板是布置将来家庭机器人的好地方。“悬挂机器人”可以执行诸如装载洗碗机、擦拭表面和清算杂物等义务。经过在天花板上滑行，机器人规避了家庭地板杂乱和狭窄空间的导航成绩，不用的时分，机器人还可以把本人缩成一团，腾出宝贵的生活空间。为了进一步研讨这一想法，TRI团队曾经完成了样机，在高空移动导轨的支持下，它可以做一切与地面移动机器人相反的义务。

△ 悬挂机器人，可以执行诸如装载洗碗机、擦拭表面和清算杂物等义务

该方案的应战在于必须在天花板上安装导轨系统，但是，假如你打造了一个这样的机器人家庭，忽然间你会发现，楼梯对于机器人不再是一个成绩；负载大概也不是成绩，由于负载可以转移到天花板上；电池变得不必要，所以整个机器人可以更轻的分量，这反过来使它更安全。
软体泡沫夹爪

为了满足在机器人与室内环境交互时对软接触的需求，TRI的研讨人员开发了具有高密度的触觉感知才能的新型软爪。

△ 软体泡沫夹爪

这是一个“软体泡沫夹爪”，由TRI的剑桥分部开发。这些被动依从的充气夹持器使它更容易安全地抓住许多不同种类的物体，最妙的是，泡沫夹爪中集成了摄像头，用于观察软膜腔体外部的圆点图案。

△ DepthSensors inside bubbles

当气泡的外部与物体接触时，气泡就会变形，而外部的圆点图案的变形可以被摄像机跟踪，以确定力的方向和大小。TRI处理方案的聪明之处在于：应对相对复杂的抓取义务时，在保证了末端执行器安全的同时，可以兼顾传感义务。

△ Dots usedfor shear estimate
仿真与自主学习

为了处理机器人在家庭环境中面临的多样性，TRI教会机器人用各种各样的对象执行恣意义务，而不是给机器人编程，让它用特定的对象执行特定的预定义义务。经过这种方式，机器人学会了将所看到的与所教的动作联络起来。当机器人再次看到一个特定的物体或场景时，即便场景发生了细微的变化，它也知道可以根据所看到的采取什么举动。

△ TRI正在实验和模拟可以在水槽和洗碗机中操作盘子的机器人

应用人类教学是机器人学习和获得真实世界技能的一个关键方法。经过运用虚拟理想技术，人类教练可以实时看到机器人看到的东西，然后命令机器人执行各种不同的动作。TRI的机器人团队正努力于推行这种学习方式，假如一个机器人在模拟家庭厨房中学习了擦拭义务，它就可以在任何厨房中完成异样的义务。

TRI在工程仿真和机器人行为验证方面都做了大量的投资。为了教会机器人一种新的行为，或者改进它曾经知道的行为，TRI的模拟软件提供了一种方法来了解机器人的表现，而不必在每次改变时都执行一切的义务。

△ Simulationtools

应用装盘子机器人和清算杂物的实验，在模拟中自动改善机器人的行为，从而真实提高机器人的功能。即便在硬件和测试设备有限的状况下，运用模拟工具也可以促进机器人的长大。
研讨现状

在位于加州洛斯阿尔托斯的TRI总部，一个由Jeremy Ma和Dan Helmick指导的研讨小组正在一个新的“模拟家庭”中测试机器人。在这样的研讨环境中，TRI可以重新安排地板规划或移动物体，允许TRI开发基本的机器人才能，然后在一个真实的家庭中测试它们。这个模拟的房子有一个厨房，餐厅，浴室和生活空间，相似于在一个实践的房子。

△ 机器人与模拟家庭

开发很大程度上依赖于用户体验调查，例如在COVID-19出现之前，团队成员去日本拜访老年人的家，观察他们的日常生活，记录他们的痛点，分析了项目的应战和机遇。他们计划在往年年底前完成模拟房屋的建造，等待“模拟家庭”能成为丰田将来机器人的重要基石。
开发团队访谈

要了解更多细节，IEEE向TRI发送了一些成绩，关于计划如何从开发到可以在人类环境中部署真实产品。以下是TRI首席执行官、丰田汽车公司首席迷信家Gill Pratt；TRI高级用户体验设计师SteffiPaepcke；以及TRI的机器人副总裁Max Bajracharya的回答。

IEEE Spectrum：与我们报道的大多数机器人技术研讨相比，TRI似乎更明白地关注最终的商业化。在什么状况下，TRI末尾思索牢靠性和成本之类的成绩?

Gill Pratt：这是一个非常风趣的成绩，由于通常以为，牢靠性和成本都是量产开发的义务，但实践上，我们需求在研讨初期思索它。我们在实验室里做实验用的硬件，我们不用担心成本，也不用担心最终产品的成本。但是，就我们所做的研讨而言，我们非常需求思索的是，能否有能够（假如研讨成功的话）最终消费出成本合理的产品。由于假如顾客买不起我们的产品，它能够有一些学术价值，但实践上不会对他们在理想世界中的生活质量产生影响。所以我们从一末尾就非常看重成本。

牢靠性也是如此。如今，我们正在努力使我们的控制技术可以顺应环境的广泛变化，例如，在在水槽中洗碗过程，我们如今正在做的成千上万的不同类型的物理测试和模拟实验，以确保我们可以适用不同场景。

我们做了大量的工作，试图让机器人不只仅局限于演示。在机器人技术的历史中，有一段工夫，事情并不完全可信，开发者们只向世界展现捕捉到的成功视频，人们就会产生一种错误的印象，以为机器人不断都在工作。当然，也有一些研讨人员也展现了拍摄花絮，以表明有些时分机器人无法工作。

IEEE Spectrum：本着分享失败的肉体，你能告诉我们一些关于TRI正在开发的机器人？它们没有进入昨天的演示，由于它们在开发的过程中被遗弃了？

Steffi Paepcke：我们正在研讨如何将人们联络起来，之前曾经开发了一些样机，但不得不暂时搁置起来。由于目前还正在探求如何处理光线成绩，让人们跨越间隔，明晰地看到彼此。项目的外部称号是“glowing orb” 。由于各种各样的缘由，这个方法没有见效，但研讨保持联络的不同方式真的很风趣。

另一个研讨发现，购买杂货显然是生活中重要的一部分，对很多老年人来说，总是送货上门不一定是最受欢迎的答案。起床走出家门可以让你保持活力，很多人喜欢本人继续这样做。但这是有应战性的，尤其是当你购买需求搬运的重型物品时。我们有一个样机，协助超市购物，但是当我们的留意力聚焦日本，我们发现室内需求的日本家庭，真的需求机器人呆在室内，而外部需求需求机器人呆在外面，因此将两个场景整合到一同的机器人能够并不合适日本的用户，这些都是非常宝贵的阅历。

IEEE Spectrum：我很高兴TRI正在探求像悬挂式机器人这样的东西，不只是近期研讨，也是其长期愿景的一部分，但这样的机器人真的值得投入吗？或者更笼统地说，在让机器人对环境敌对和要求人类改变本人的家园之间，什么才是正确的折中方法？假如说需求翻新一所房子，那显然也不是做这事的方法。

Max Bajracharya：我们思索了很多成绩，我们试图用一种全体的方式来处理这些成绩。我们不想仅仅给人们一个机器人，并假设他们不会改变他们的生活方式。我们从运用自动吸尘器的人那里得到了很多证据，他们会顺应你给他们的工具，他们会改变他们的生活方式。所以我们想要思索在改变环境和给人们机器人之间的平衡点是什么。

我们坚信有办法使悬挂系统可行。你明天看到的这个显然是一个样机，需求重要的基础设备。但我们照旧觉得我们处于样机阶段，我们分析悬挂系统的优缺陷的同时，我们异样评价能否值得这样做来绕过导航的应战。我们正在评价这能否是处理成绩的正确方法。

IEEE Spectrum：你以为人类应该在多大程度上直接或间接地参与家庭和服务机器人的活动？

Bajracharya：我们的目的是加强者的才能，所以完成这一点需求机器人以某种方式与人构成合作。我们了解到的一件事是，让人类和机器人一同做一个缓慢循环交互，比如在机器人犯错时教他们或协助他们，相比较一个100%完美地完成每件事的机器人，这将给机器人带来了一个重要的优势。在非结构化的人类环境中，机器人会遇到困境，需求学会顺应。在协助机器人学习方面，人们能够会扮演重要的角色。

丰田真是家可怕的公司。掉到氢动力汽车出不来了，被特斯拉吊打，如今大众也预备吊打他了

服务机器人就是将来

工厂里行固定的道路，家里一定不行，除非能悬浮起来，地上多方便……

适用

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学习下

发发呆，回回帖，工作结束~

结束了嘛？有种还没完成的感觉，嘻嘻