東京大學(xué)研發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)第三方遠(yuǎn)程操作可穿戴機(jī)械臂

寄生蟲可以改變寄主的行為，以達(dá)到自身更好地繁殖生存的目的。人類若受到一些寄生在腦部的寄生蟲，如終生寄生在腦部的弓形蟲（Toxoplasmosis），反應(yīng)能力會(huì)降低。

于高度結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中，遠(yuǎn)程遙控操作是一種有價(jià)值的工具，在這種環(huán)境中會(huì)遇到各種各樣的場(chǎng)景和對(duì)象。在這種情況下，機(jī)器人可以比完全自主的操縱更快，更輕松地依靠人類的認(rèn)知來處理極端情況。機(jī)器人遙控操作的重要研究方向旨在使操作員盡可能直觀地使用這些控件，直觀的控件可最大程度地減少人類遙操作員所需的培訓(xùn)時(shí)間。

針對(duì)機(jī)器人不能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制這一局限，12月30日消息，機(jī)器人技術(shù)的最新發(fā)展已使系統(tǒng)的開發(fā)能夠協(xié)助人類完成各種任務(wù)。在過去的幾年中已經(jīng)獲得廣泛普及的一種機(jī)器人系統(tǒng)是由第三方遠(yuǎn)程操作的可穿戴機(jī)械臂。

在協(xié)助用戶的同時(shí)，這些部門需要收集視覺反饋并與第三方運(yùn)營(yíng)商共享?？梢酝ㄟ^多種方式收集此反饋，其中最常見的方式是將相機(jī)放置在“托管”機(jī)械臂的用戶身上，也稱為主體操作員（MBO）。但是，這種用于收集視覺數(shù)據(jù)的特定方法可能會(huì)受到一定限制，因?yàn)樗叨纫蕾囉谂宕飨到y(tǒng)的用戶的運(yùn)動(dòng)。

考慮到這一限制，慶應(yīng)一University大學(xué)，RIKEN AIP和東京大學(xué)的研究人員最近開發(fā)了一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）系統(tǒng)，以研究“人體編輯”的概念，該技術(shù)需要使用可穿戴的機(jī)器人肢體來幫助人類日常任務(wù)。他們的研究由日本科學(xué)技術(shù)廳（JST）的先進(jìn)技術(shù)探索研究（ERATO）計(jì)劃資助。

進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一阿德里安· 韋爾斯特（Adrien Verhulst）對(duì)TechXplore表示：“ 我們最近的工作的首要目標(biāo)是研究身體編輯，這是我們研究小組ERATO JIZAI的一部分。身體編輯，例如使用可穿戴輔助機(jī)器人技術(shù)來擴(kuò)展身體，是在某些文化領(lǐng)域很容易找到的概念，例如巖井瞳的漫畫系列Parasyte。為您提供幫助正是我們所要尋找的，因此我們?cè)噲D在VR中輕松地復(fù)制這一想法。”

Verhulst和他的同事們希望進(jìn)行所謂的“共享身體”實(shí)驗(yàn)。他們沒有提出解決方案來克服當(dāng)前系統(tǒng)收集視覺反饋的局限性，而是著手比較和評(píng)估現(xiàn)有方法。

為此，他們開發(fā)了一種VR系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用optitrack技術(shù)跟蹤用戶的身體，并使用頭戴式顯示器（HMD）來查看MBO和機(jī)械臂的身體方向。在他們的論文中，研究人員將機(jī)械手的用戶稱為“主體”，將第三方遠(yuǎn)程操作員稱為“寄生體”。

“邏輯上認(rèn)為，如果‘寄生蟲體’附著在主體上，那么當(dāng)主體運(yùn)動(dòng)時(shí)，寄生蟲最終會(huì)生病，對(duì)嗎？” Verhulst說?！耙虼?，我們問自己的問題是：我們應(yīng)該如何調(diào)整身體收集的視覺反饋？像電子游戲一樣，它應(yīng)該是第三種視圖嗎？然后應(yīng)該放置在主體上方，側(cè)面，還是接近行動(dòng)？也許我們可以分享相同的觀點(diǎn)？還是取決于雙方的行動(dòng)的觀點(diǎn)？”

來自不同公司和機(jī)構(gòu)的團(tuán)隊(duì)提出了幾種從機(jī)械臂收集視覺反饋的方法。其中最突出的是“共享視圖”概念，第三人稱視圖和即時(shí)操作視圖。

就像他們的名字所暗示的那樣，共享視圖方法收集的視覺反饋與戴著機(jī)械臂的用戶所看到的相匹配。第三人稱視圖表示第三人站在用戶旁邊或后面時(shí)會(huì)看到什么，而“接近動(dòng)作”視圖則顯示了正在完成的任務(wù)的特寫。研究人員想研究這些不同的觀察模式是否應(yīng)取決于主體，寄生蟲體或兩者的運(yùn)動(dòng)。

為了探討這個(gè)問題，他們使用自己開發(fā)的VR系統(tǒng)對(duì)16位人類用戶進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。這使他們可以收集有關(guān)收集視覺反饋的不同方法的有趣見解。盡管如此，由于參加研究的人數(shù)有限，他們的發(fā)現(xiàn)仍是初步的。

“人們需要感覺到他們的四肢方向才能使用它。嘗試一下：如果您將攝像機(jī)以怪異的角度擺在您面前，并且只能從該攝像機(jī)看到自己，您將遇到更多困難將手臂向給定方向移動(dòng)?！?Verhulst解釋說?！斑@意味著，每次主體移動(dòng)時(shí)，寄生蟲的身體都會(huì)重新定向。有趣的是，我們沒有注意到人體所有權(quán)評(píng)分存在明顯差異，這意味著，無論從哪個(gè)角度來看，參與者都感覺自己‘擁有’自己的身體，并且他們控制了它?！?/p>

Verhulst和他的同事收集的觀察結(jié)果表明，觀點(diǎn)依賴并不那么重要。換句話說，無論是通過將相機(jī)放置在機(jī)械臂上，人類用戶的肩膀上還是兩者之間來收集視覺反饋，當(dāng)他/她通過相機(jī)查看時(shí)，仍然可以獲得正確的“身體所有權(quán)”。

Verhulst補(bǔ)充說：“我們收集的結(jié)果非常令人驚訝。” “我們也沒有發(fā)現(xiàn)工作量方面的任何重大困難（例如，身體負(fù)荷，精神負(fù)荷，精力，時(shí)間），這再次暗示著相機(jī)依賴在這方面無關(guān)緊要。但是，參與者的表現(xiàn)是在試圖同時(shí)依賴于主體和寄生蟲的情況下要好一些，這暗示著為了獲得最大的效果，最好將相機(jī)放置在主體上，但要機(jī)動(dòng)化以跟隨控制對(duì)象的人的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械臂?！?/p>

該研究人員小組進(jìn)行的調(diào)查專門針對(duì)機(jī)器人手臂第三方操作員在涉及發(fā)現(xiàn)和到達(dá)物體的任務(wù)中的視角依賴性。將來，他們開發(fā)的VR系統(tǒng)還可以用于研究方法，以收集有關(guān)更精細(xì)和現(xiàn)實(shí)任務(wù)的視覺反饋。

參與這項(xiàng)研究的另一位研究人員yo澤亮（Ryo Takizawa）告訴TechXplore：“下一步是創(chuàng)建一個(gè)具有更現(xiàn)實(shí)的情況和配置的實(shí)驗(yàn)環(huán)境?！?“為了探索協(xié)作工作中的合作方法，我們正在考慮限制通信方法并改進(jìn)VR模型，等等?！?/p>

研究人員決定使用VR并進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樗且环N簡(jiǎn)單且便宜的解決方案，不需要維護(hù)先進(jìn)的機(jī)器人系統(tǒng)。為了確定他們的發(fā)現(xiàn)的有效性，他們最終將需要將他們的結(jié)果與使用真實(shí)機(jī)械臂獲得的結(jié)果進(jìn)行比較。

Verhulst和他的同事們?cè)谖磥淼墓ぷ髦羞€計(jì)劃進(jìn)行類似的實(shí)驗(yàn)，在該實(shí)驗(yàn)中，參與者將接受事先完成的任務(wù)的培訓(xùn)，因?yàn)樗麄兿嘈胚@樣做會(huì)導(dǎo)致不同的結(jié)果。實(shí)際上，在此研究中，用戶在使用其VR平臺(tái)之前未接受任何培訓(xùn)。

“我們需要考慮如何在機(jī)構(gòu)編輯和共享的機(jī)構(gòu)環(huán)境中設(shè)計(jì)培訓(xùn)任務(wù)或計(jì)劃，尤其是在如何簡(jiǎn)化（如果不能增強(qiáng)）合作任務(wù)方面。我一直在探索相同時(shí)間，相同動(dòng)作同步的概念，該概念與其他情況下合作績(jī)效的提高有關(guān)。我們想知道這種“共享行動(dòng)”策略在這種情況下是否可行？?jī)蓚€(gè)人在VR中共享非常不同尋常的身體。”