【原】耶魯大學(xué)公布第一個仿生手抓取視頻數(shù)據(jù)集，超60個小時22種分析法27000個抓取實(shí)例

RoboSpeak 2021-06-28

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科幻電影中，動作自如的仿生假肢使身體殘缺的人行動與常人無異，人類可以利用肌電信號，控制身外之物。

這一切都從內(nèi)到外滲透著天馬行空的想象力，各種未來科技世界的場景不禁讓人心存漣漪——一位失去手臂的殘疾人，可以操縱智能仿生手拿取物品嗎？

答案是肯定的。

到目前為止，已經(jīng)誕生了不少仿生肢體，旨在幫助殘障人士恢復(fù)正常生活，甚至可以增強(qiáng)人體功能，成為“超能力者”。這些仿生手柔軟、外形充滿科技感，有些還與腦機(jī)接口技術(shù)結(jié)合，聲稱能夠通過“意念”控制。

仿生肢體的強(qiáng)大功能不可否認(rèn)，但目前它們?nèi)蕴幱趯?shí)驗(yàn)室研究階段，預(yù)抓取的結(jié)果并不一定能給出日?；顒拥臏?zhǔn)確表現(xiàn)。

“當(dāng)仿生肢體從“科技幻想”投影到現(xiàn)實(shí)，其在日常生活中長期使用的感受到底是什么樣的？”

“意念控制等強(qiáng)大功能，用戶是否在日常中真的需要？”

這些問題都是需要仔細(xì)思量的。

耶魯大學(xué)Grab實(shí)驗(yàn)室主要進(jìn)行各種靈活機(jī)械手的設(shè)計(jì)、仿生手、輔助與康復(fù)設(shè)備等方面的研究。最近，他們公布了超過60個小時的視頻數(shù)據(jù)集，首次研究了人們在日常生活中使用仿生肢體的情況。

▍數(shù)據(jù)集獲取不易，22種分析法，產(chǎn)生27000個抓取實(shí)例

“分析仿生肢體使用者在日常生活中如何使用這些設(shè)備，可以為現(xiàn)有技術(shù)或治療干預(yù)措施的缺陷提供有價值的見解?！?耶魯大學(xué)Grab實(shí)驗(yàn)室的研究人員表示。

這份數(shù)據(jù)集收集的可以說是相當(dāng)不容易，研究人員讓8名手部殘缺人士使用頭戴攝像機(jī)記錄自己每天如何使用仿生肢體，例如做飯、煮咖啡、打掃衛(wèi)生或洗衣服，共持續(xù)6個月。

（受試者均為只有單手殘缺的患者，這樣他們另一只完好的手可以起到空白組對照實(shí)驗(yàn)的效果。）

直接獲取的視頻是不可用的，對視頻的后續(xù)處理要更加細(xì)致，才能獲得可用的數(shù)據(jù)集。對于視頻中的每個抓取實(shí)例（僅限右手），都要對抓取類型、對象屬性，包括大小、形狀、剛度和質(zhì)量參數(shù)，以及任務(wù)屬性，包括力、運(yùn)動約束和一般類參數(shù)進(jìn)行標(biāo)記。

研究人員使用22類定制的操作分類法分析視頻數(shù)據(jù)，產(chǎn)生了超過27,000個仿生上肢操作標(biāo)記類型。

▍數(shù)據(jù)集標(biāo)簽頻率可看出受試者偏好，仿生肢體仍需進(jìn)步

通過分析數(shù)據(jù)集中單個標(biāo)簽的時長和頻率，可以看出受試者在日常中使用仿生肢體的偏好，也能暴露出目前仿生肢體的不足之處。

受試者使用的仿生手設(shè)備如下，基本都是大名鼎鼎的業(yè)內(nèi)翹楚，包括能夠使用肌電信號控制的奧托博克機(jī)械手，以及被稱為“終結(jié)者之手”的i-limb ultra等。

其中，經(jīng)橈動脈和身體動力裝置 (TR-BP) 的受試者使用假肢最多（28%），近端肘部 (PE) 截肢者（都有肌電裝置）使用假肢的次數(shù)要少得多，僅占所有操作動作的 8%。這表明仿生肢體的抓握功能與完整手的抓握功能的利用方式不同。

TR-BP 組最常見的非抓握操作是穩(wěn)定物體和將物體夾緊在表面上。這與 PE 組相同，但數(shù)量較少，對于 TR-Myo 來說，支撐體重是最常見的動作。

盡管不同的仿生肢體之間用戶的偏好均不同，但整體而言，由于所有受試者都擁有一只完好的手，相比之下，受試者更愿意使用完好地手進(jìn)行抓握任務(wù)，仿生手更多的被用來輔助，其進(jìn)行抓握的使用頻率平均僅為完整肢體的24%。

這些肢體使用差異可歸因于多種因素，包括但不限于仿生肢體的重量、強(qiáng)度、速度、控制復(fù)雜性以及缺乏觸覺反饋和本體感覺等。同時，所有仿生肢體進(jìn)行的抓握操作比使用完整手完成的時間要長得多，例如，在肌電控制的設(shè)備中，用戶必須提供控制信號來打開或關(guān)閉設(shè)備，而受試者普遍抱怨設(shè)備閉合速度慢，與完整手相比，仿生肢體需要額外的努力和時間來定位手臂，因此參與者使用假肢進(jìn)行比完整手更少、更長時間的抓握也就不足為奇了。