基裡匙：研究將機器人硬體轉化為輔助用餐餐具

科技 02-11

在美國，超過200萬成年人每天用餐都得依靠照護者的幫助。除了人力照護，科技也被開發出來提供協助。例如，裝在桌上或輪椅上的機械手臂，經過程式設計，可以拿起食物並送到使用者嘴邊。

助理教授狄倫・洛西召集了一支由輔助機器人和電腦科學背景人員組成的團隊，為行動不便者探索新的科技可能性。他們關於一款受摺紙啟發的工具的研究，在成功的人體試驗後，釋出在arXiv預印本伺服器上。基裡匙（Kiri - Spoon），名稱源自「切繪摺紙」（kirigami），這是一種日本的紙藝切割形式，它既能像叉子一樣夾取食物，又能像勺子一樣舀取食物。

洛西表示：「現有的機器人輔助用餐系統使用的是標準的叉子和勺子，但機器人難以靈巧地操作這些餐具，也難以穩定地將食物從盤子送到嘴裡。我們想創造一種新的餐具，讓機器人在操作上更具優勢，使它們更容易拿起、握住和送達食物。」

「同時，我們需要有演算法智慧，能夠精細地控制機器人和操作餐具。最重要的是，我們的解決方案必須是一個人們真正願意使用的系統。」

洛西在輔助機器人領域有著豐富的背景，他帶領的專案運用人工智慧和機器學習，使機械助手的軟體能適應各種任務。在這個專案中，他的團隊將機器人智慧應用到實體工具上，最終將電腦硬體與創新的機械餐具相結合。

洛西說：「當我們啟動這個專案時，團隊就知道最佳解決方案需要兼顧硬體和軟體的改進。好的工程解決方案應該兩者兼具。」

為此，洛西的團隊與康奈爾大學塔波馬尤克・巴塔查爾吉的團隊展開合作。洛西實驗室的學生負責餐具的機械開發，康奈爾團隊則提供指導機器人如何操作餐具的程式碼。

第一作者、學生瑪雅・基利說：「我們花了很多時間腦力激盪。我們希望設計出的東西看起來像普通勺子，這樣使用者會感到舒適和熟悉。但我們也知道機器人使用普通的叉子和勺子有困難，所以我們需要一種即使機器人傾斜、快速移動或改變方向，也能穩固夾住食物的設計。經過多次嘗試和錯誤，我們最終確定了切繪摺紙的設計。」

基裡匙由一片扁平的3D列印塑膠構成，厚度和一張紙差不多。單獨看時，它就像一把普通勺子。當切繪摺紙薄片的兩端展開時，這張二維薄片就變成一個三維的碗狀，可以夾住並包裹食物；當把食物送給使用者時，薄片會收縮成普通勺子的形狀，由機器人控制其展開和收縮。

洛西表示：「工程設計其實只是一部分。這應該是一個為無法自行用餐的人提供的輔助系統。要想出有效的解決方案，我們需要與實際使用者合作，瞭解他們真正的需求。」

基利、佛朗哥和格羅托夫將原型帶到了裡士滿的維吉尼亞之家，這是一個為不可逆轉身體殘疾居民服務的中心。

基利說：「進行使用者研究，並與維吉尼亞之家的居民討論我們的想法，真的讓我們大開眼界。從工程角度看，我們的解決方案似乎很棒，但當使用者試用時，卻完全行不通。使用者和照護者的反饋真的引導了我們的研發過程。」

雖然機器人能夠操作餐具並送達食物，但居民告訴研究人員，支撐切繪摺紙薄片的金屬環不太舒適。

格羅托夫說：「他們指出這一點時，顯而易見。但這是我們自己想不到的。」