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從根本上講，機器人學(xué)關(guān)乎幫助人類。機器人幫助我們制造產(chǎn)品，建造事物，使我們的生活更加輕松便捷。隨著機器人復(fù)雜程度及能力的增加，在老年護理，康復(fù)中心和醫(yī)院等領(lǐng)域，它們開始以更為直接的方式幫助我們。
在不久的將來，機器人同人類的關(guān)系將更加緊密，甚至于神經(jīng)機械學(xué)將能夠恢復(fù)殘疾人士的身體功能，而被截肢的軍人將成為這一項目的焦點。
2014 年，DARPA 宣布了手部本體感受與觸摸界面（HAPTIX） 項目，該項目旨在創(chuàng)造出一種手部義肢系統(tǒng)，使義肢在行動和感覺上都如同真手一般。
DARPA 的 HAPTIX 項目經(jīng)理 Doug Weber 表示：“我們相信 HAPTIX 將會創(chuàng)造出一種豐富且極具活力的感覺體驗，使用者會想一直佩戴著義肢，并且將其視為身體的自然延伸。如果我們能夠做到這一點， DARPA 就朝著實現(xiàn)幫助受傷軍人恢復(fù)完整自然機體功能這一承諾邁進了一步?！?/p>
HAPTIX 項目由硬件、用戶界面和控制算法3個不同的團隊構(gòu)成，它的成功取決于這三者的最優(yōu)組合。 OSRF 對于向HAPTIX團隊提供定制版的 Gazebo 模擬器十分自豪，這使得這一項目的軟件實驗不再受限于硬件的可用性：本質(zhì)上，這就是軟件工程師進行作業(yè)的虛擬場所。
OSRF 共同創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家約翰·蘇解釋道：“對于 OSRF 來說， HAPTIX 的目標(biāo)就是為生物機械學(xué)工程師提供真實的義肢刺激環(huán)境，進而為高度靈活的高級義肢學(xué)開發(fā)出控制器?！?nbsp;
目前在 HAPTIX 項目中，DARPA 所使用的高級義肢為德克公司（DEKA）的魯克自動手臂，自由度為14的完整的手臂控制替換系統(tǒng)。然而該手臂目前由為測試而設(shè)計的簡易用戶界面操控，HAPTIX 希望設(shè)計出使用來自肌肉神經(jīng)信號的界面，與此同時立即傳動感覺反饋。
在 DARPA 投入了四千萬美元的研究資金，并花費了近 10 年的時間之后，德克自動手臂是一款令人驚艷的硬件產(chǎn)品，但這僅僅是初始階段。約翰·蘇說道：“在我看來，硬件應(yīng)在軟件之前開發(fā)出來。盡管二者可以同時設(shè)計，但是硬件的迭代周期較長。一旦開發(fā)出一款優(yōu)秀穩(wěn)定的硬件平臺，然后把它交給軟件團隊, 他們開始工作，迅速開發(fā)軟件，與此同時盡力不去毀壞硬件。”
這就闡明了優(yōu)質(zhì)的模擬環(huán)境極為重要的兩個原因：
第一，在硬件完全開發(fā)出之前，它可以讓你開始開發(fā)軟件；
第二，從某種程度上說，它可以使軟件開發(fā)同硬件本身隔離開來，也就是說，當(dāng)你僅僅有一個可能十分脆弱，昂貴，或出于某種原因而不穩(wěn)定的硬件，很多工程師仍然可以同時開發(fā)軟件。
對于 OSRF 來說，為 HAPTIX 項目開發(fā)支持一個版本 Gazebo 涉及了很多不同的領(lǐng)域。除了專門定制的模擬環(huán)境以外，OSRF 也向團隊提供了 OptiTrack 動作捕捉裝置，NIVIDIA 立體聲眼鏡，3D 監(jiān)測器，3D 操控桿，以及使其完美運行所需的記錄。這款定制的 Gazebo 也包括對各類遙控硬件的支持，用戶可以同使用微軟和MATLAB的模擬系統(tǒng)以編程的方式進行交互。
HAPTIX 開發(fā)者能夠利用這些 3D 傳感器和遙感系統(tǒng)來把胳膊和手部的運動轉(zhuǎn)化成真正的環(huán)境，這使得他們同時在真實環(huán)境和虛擬環(huán)境中進行普通的手部功能測試。這也為截肢軍人提供有力且可支付得起的方式來學(xué)習(xí)如何使用他們的新義肢奠定了基礎(chǔ)。
約翰·蘇表示，一旦 HAPTIX 團隊收到了德克公司的手臂，OSRF 的工作變得更加重要，因為他們將有機會看到模擬環(huán)境的實際工作狀態(tài)如何然后將其優(yōu)化使其盡可能的接近真實環(huán)境。
約翰·蘇說道：“對于驗證部分，我真的十分期待。對于很多的模擬平臺，優(yōu)質(zhì)的驗證數(shù)據(jù)非常匱乏。當(dāng)我們在為 DARPA 機器人挑戰(zhàn)項目涉及 Gazebo 時，我們并沒有像 ATLAS 一樣的機器人借以驗證，因此要對它進行測試，可算得上是一項大工程。”
驗證需要確保發(fā)送到德克虛擬手臂的指令，和發(fā)送到真實德克手臂所產(chǎn)生的動作是一致的。約翰·蘇解釋道：“我們向真實手臂和虛擬手臂發(fā)送指令，來看他們是否會有不同的表現(xiàn)。如果表現(xiàn)不同，我們會更新模型來使它們匹配?！?模擬越接近，對于 HAPTIX 來說，它就越有用。當(dāng)然，最終目標(biāo)是讓這一切都在真實的硬件上運行，但是一個準(zhǔn)確的詳細的模擬器對于軟件的有效開發(fā)至關(guān)重要。
第一代德克手臂最近抵達了 OSRF 進行驗證測試，完整的硬件將于年底完成。OSRF 最近定期地發(fā)布一系列穩(wěn)定版本的 HAPTIX 模擬器，隨著臂部虛擬定位準(zhǔn)確度，力量控制及回應(yīng)，以及其他的動力系統(tǒng)在接下來幾個月將被驗證，OSRF 也將升級模擬軟件來確保 HAPTIX 團隊擁有所需工具進而迅速有效進行工作。
到 2017 年早期，HAPTIX 的第一階段將完成，如果進展順利，就會進行下一階段，最終目標(biāo)在于實現(xiàn)功能性的 HAPTIX 系統(tǒng)。DARPA 希望系統(tǒng)的實際實驗到 2019 年可以實現(xiàn)，并且不久之后，任何截肢者都可以從宛如真手的義肢中受益。
via robohub
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