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雷锋网 04-08

MIT 可穿戴新作!AI 袜子掌控人类行动,机器人戴上护腕不再「触觉盲」

从怀表到手表,再到智能手表,既有时代变迁之下的需求导向,也是可穿戴技术显著发展的结果。

起初厂商们多以「腕带 手机 = 智能手表」的思路设计智能手表,经过几十年发展,智能手表形态上更为简约轻便,功能上也越来越丰富,不仅限于为手机做辅助,也逐渐有了监测运动、睡眠、压力、血氧饱和度、心率等数据的功能。

有这样两个问题:

对于没有手表佩戴习惯的群体,哪些可穿戴产品适合运动时佩戴?

不集成大量高精度传感器的前提下,可穿戴产品如何很好地监测运动、获取反馈数据?

对此,MIT 给出了一个解决方案——我们必不可少的衣物可以说是最好的可穿戴设备,因此可以利用特殊纤维设计衣物,穿戴后可通过接触用户身体感知其动作,完成数据反馈。

前不久,相关研究成果发表于 Nature 子刊 Nature Electronics(《自然 - 电子学》),题为 Learning human – environment interactions using conformal tactile textiles(使用适形触觉纺织品学习人类与环境的互动)。

论文作者来自于 MIT 计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)、微系统技术实验室及电子工程与计算机科学系。

「适形触觉纺织品」长啥样?

论文标题里的「适形触觉纺织品」可以有哪些形式,MIT 在一段视频里进行了展示。

它可以是一双袜子:

可以是一副手套:

一件背心:

准确地来讲,MIT 团队设计的是一个基于纺织品的触觉学习平台,可以用来记录、监测和学习人与环境的互动。

利用机器学习进行传感校正

那么,MIT 团队具体是如何设计这种新型可穿戴产品的呢?

论文介绍,「适形触觉纺织品」的原材料中包含了一种价格低廉的压阻纤维(此外亦有常规的纺织纤维)。

经由机器编制,就可以形成任意的三维几何形状,这一过程完全由机器自动完成。

在此基础上,研究团队得到了一个大型触觉数据集,有着超 100 万个触觉框架,包含人与环境的多种交互以及与机器学习技术相结合的各种应用。

通过数据收集,研究团队开发了一个自监督数据修正范式来规范响应。

研究团队利用下图中这只 " 校准手套 " 作为一种灵活的 " 尺度 ",用以纠正形状更为复杂的、面积更大的「触觉纺织品」。

数据表明,这种由 AI 驱动的传感纺织品可以对包括坐姿、动作在内的多种与环境的互动进行分类。仅通过数据,即可恢复动态全身姿态,从而分析环境空间信息、发现生物力学特征。

如下图所示,不论是抬腿、平地走路,还是弯腰、转身、上下楼梯等动作,系统都能做出稳定预测。

值得一提的是,这种可穿戴神器还可用于机器人——研究团队针对一款机器臂的形状设计了合适大小的织物,发现机器臂给出了高分辨率的触觉反馈。

对此,论文通讯作者 Wan Shou 表示:

想象一下,机器人不再是触觉盲,它们有 " 皮肤 ",可以像我们人类一样提供触觉感知。

研究团队表示,这种设计可在人机交互(HCI)方面成为更多应用的输入接口,或可用于运动和康复训练。

引用来源:

https://www.nature.com/articles/s41928-021-00558-0

https://www.leiphone.com/news/202101/JhPf7sfRer6JU5Nm.html

https://www.csail.mit.edu/news/smart-clothes-can-measure-your-movements

https://www.youtube.com/watch?v=HDtpOVa49cs

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