コーネル大学の研究者らは、コンピュータービジョン、機械学習、マルチモーダルセンシングを利用して、脊髄損傷、脳性麻痺、多発性硬化症など、重度の運動制限のある人々に安全に食事を与えるロボット給餌システムを開発した。
「重度の運動制限のある人にロボットで食事を与えるのは困難です。多くの人は前かがみになれず、食べ物を口の中に直接入れる必要があるからです」と同氏は述べた。 タポマユク・“タポ”・バタチャジーコーネル アン S. バウワーズ コンピューティング情報科学大学のコンピューター サイエンスの助教授であり、システムの上級開発者でもあります。 「さらなる複雑な病状を持つ人に栄養を与える場合、課題はさらに深刻になります。」
システムに関する論文「咬傷を感じる: 堅牢な口知覚と物理的相互作用を認識した制御を使用した、ロボット支援による口内咬合伝達」は、コロラド州ボルダーで3月11日から14日まで開催されたヒューマンロボットインタラクションカンファレンスで発表されました。 これは最優秀論文賞を受賞し、研究チームの広範なロボット給餌システムのデモは最優秀デモ賞を受賞しました。
あ 支援ロボット工学のリーダーバタチャジーと彼の EmPRISE Lab 何年も費やした 私たち人間が自分自身を養う複雑なプロセスを機械に教える。 皿の上の食べ物を識別し、それを拾い上げ、要介護者の口の中に移すまで、すべてを機械に教えるのは複雑な課題です。
「器具から口の中までの最後の5センチメートルは、非常に難しい作業です」とバタチャジー氏は語った。
バタチャジー氏によると、介護を受ける人の中には口の開きが2センチ未満と非常に限られている人もいるが、器具が口の中にあるときでも予期せず起こる不随意の筋肉のけいれんを経験する人もいるという。 さらに、口の中の特定の場所でしか食べ物を噛めない個体もおり、舌で器具を押すことでそのことを示しているという。
「現在のテクノロジーは人の顔を一度しか見ていないため、じっとしていると想定していますが、実際はそうではないことが多く、介護を受ける人にとっては非常に制限的になる可能性があります」と論文の筆頭著者であり、医学分野の博士課程学生であるラジャット・クマール・ジェナマニ氏は述べた。コンピュータサイエンス。
これらの課題に対処するために、研究者らはロボットに 2 つの重要な機能を開発し、装備しました。1 つはユーザーの動きに合わせて調整するリアルタイムの口追跡、もう 1 つは物理的な相互作用の性質をロボットが発生時に検出して反応できるようにする動的応答メカニズムです。適当に。 研究者らによると、これによりシステムは突然のけいれん、意図的な噛みつき、ユーザーが口の中で器具を操作しようとする試みを区別できるようになるという。
このロボット システムは、コーネル イサカ キャンパスの EmPRISE ラボ、ニューヨーク市の医療センター、コネチカット州の要介護者の自宅の 3 か所にわたるユーザー調査で、さまざまな病状を持つ 13 人に食事を与えることに成功しました。 研究者らによると、ロボットのユーザーは安全で快適だと感じたという。
「これは、エンドユーザーを対象とした自律型ロボット支援給餌システムの最も広範な実際の評価の 1 つです」とバタチャジー氏は述べています。
チームのロボットは多関節アームで、先端には加えられる力を感知できる特注の器具が取り付けられている。 さまざまな参加者の頭のポーズや表情を特徴とする数千枚の画像で訓練された口追跡手法は、調理器具の上下に配置された 2 台のカメラからのデータを組み合わせます。 これにより、口の正確な検出が可能になり、器具自体によって引き起こされる視覚的な障害が克服されると研究者らは述べています。 この物理的なインタラクションを認識した応答メカニズムは、視覚と力の両方のセンシングを使用して、ユーザーがロボットとどのようにインタラクションしているかを認識するとジェナマニ氏は述べています。
「私たちは個人が舌だけで20ポンドのロボットを制御できるようにしています」と彼は言いました。
同氏は、このプロジェクトで最も満足できる点としてユーザー調査を挙げ、ロボットが要介護者とその介護者に与える感情的な影響が大きいと指摘した。 あるセッション中に、稀な先天異常である統合脳症四肢麻痺を持つ娘の両親が、娘がこのシステムを使って自分で食事をすることに成功しているのを目撃しました。
「それは本当に感動の瞬間でした。 父親は帽子をかざしてお祝いをし、母親は泣きそうになった」とジェナマニさんは語った。
このシステムの長期的な有用性を探るためにはさらなる研究が必要だが、その有望な結果は、要介護者の自立レベルと生活の質を向上させる可能性を浮き彫りにしていると研究者らは述べた。
「素晴らしいことです」とバタチャジーさんは言いました。「とても、とても充実しています。」
論文の共著者は次のとおりです。 Daniel Stabile、MS ’23; Ziang Liu 氏、コンピューターサイエンス分野の博士課程の学生。 南カリフォルニア大学のアブラー・アンワル氏とコロンビア大学のキャサリン・ディミトロプルー氏。
この研究は主に国立科学財団から資金提供を受けました。
ルイ・ディピエトロは、コーネル・アン・S・バウワーズ・カレッジ・オブ・コンピューティングおよび情報科学のライターです。
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#ロボットシステムは重度の移動制限のある人々に食事を提供します
2024-05-08 18:03:30
