Le robot de l'Université Carnegie Mellon enfile une chemise

Le système d'habillage assisté par robot s'adapte à différentes poses, types de corps et vêtements

L'université de Carnegie Mellon

image : Yufei Wang, titulaire d'un doctorat. étudiant à l'Institut de robotique de l'Université Carnegie Mellon, regarde un robot enfiler une blouse d'hôpital sur son bras.Voir plus

Crédit : Université Carnegie Mellon

La plupart des gens tiennent pour acquis de s’habiller. Mais les données du Centre national des statistiques de santé révèlent que 92 % des résidents des établissements de soins infirmiers et des patients recevant des soins à domicile ont besoin d'aide pour s'habiller.

Les chercheurs du Robotics Institute (RI) de l'Université Carnegie Mellon envisagent un avenir dans lequel les robots pourront répondre à ce besoin et s'efforcent de le rendre possible.

"Remarquablement, les efforts existants en matière d'habillage assisté par robot ont principalement consisté à s'habiller avec une gamme limitée de poses de bras et avec un seul vêtement fixe, comme une blouse d'hôpital", a déclaré Yufei Wang, doctorant au RI. étudiant travaillant sur un système d'habillage assisté par robot. "Développer un système général pour répondre à la diversité des vêtements de tous les jours et aux différentes capacités motrices est notre objectif primordial. Nous souhaitons également étendre le système aux individus présentant différents niveaux de mouvements de bras contraints."

Le système d'habillage assisté par robot exploite les capacités de l'intelligence artificielle pour s'adapter à diverses formes de corps humain, poses de bras et sélections de vêtements. Les recherches de l'équipe ont utilisé l'apprentissage par renforcement (récompenses pour l'accomplissement de certaines tâches) pour mettre en œuvre leur système d'habillage général. Plus précisément, les chercheurs ont donné au robot une récompense positive chaque fois qu'il plaçait correctement un vêtement plus loin le long du bras d'une personne. Grâce à un renforcement continu, ils ont augmenté le taux de réussite de la stratégie d'habillage apprise du système.

Les chercheurs ont utilisé une simulation pour apprendre au robot comment manipuler les vêtements et habiller les gens. L’équipe a dû prendre en compte avec soin les propriétés du matériau du vêtement lors du transfert de la stratégie apprise en simulation dans le monde réel.

"Dans la phase de simulation, nous utilisons diverses propriétés vestimentaires délibérément randomisées pour guider la stratégie d'habillage apprise du robot afin d'englober un large spectre d'attributs matériels", a déclaré Zhanyi Sun, un étudiant en maîtrise de RI qui a également travaillé sur le projet. "Nous espérons que les propriétés des vêtements variées de manière aléatoire dans la simulation encapsulent les propriétés des vêtements dans le monde réel, afin que la stratégie vestimentaire apprise dans les environnements de simulation puisse être transférée de manière transparente au monde réel."

L'équipe du RI a évalué le système d'habillage robotisé dans une étude humaine portant sur 510 essais d'habillage auprès de 17 participants présentant différentes formes de corps, poses de bras et cinq vêtements. Pour la plupart des participants, le système a pu ramener complètement la manche de chaque vêtement sur leur bras. En moyenne sur tous les cas de test, le système a habillé 86 % de la longueur des bras des participants.

Les chercheurs ont dû considérer plusieurs défis lors de la conception de leur système. Premièrement, les vêtements sont par nature déformables, ce qui rend difficile pour le robot de percevoir le vêtement dans son intégralité et de prédire où et comment il se déplacera.

"Les vêtements sont différents des objets rigides qui permettent d'estimer l'état, nous devons donc utiliser une représentation en haute dimension des objets déformables pour permettre au robot de percevoir l'état actuel des vêtements et la manière dont ils interagissent avec le bras de l'humain", a déclaré Wang. "La représentation que nous utilisons s'appelle un nuage de points segmenté. Elle représente les parties visibles des vêtements sous la forme d'un ensemble de points."

Une interaction sûre entre l’homme et le robot était également cruciale. Il était important que le robot évite d'appliquer une force excessive sur le bras humain et toute autre action susceptible de provoquer une gêne ou de compromettre la sécurité de l'individu. Pour atténuer ces risques, l’équipe a récompensé le robot pour sa conduite douce.

Les recherches futures pourraient s’orienter dans plusieurs directions. Par exemple, l'équipe souhaite étendre les capacités du système actuel en lui permettant de mettre une veste sur les deux bras d'une personne ou d'enfiler un T-shirt par-dessus la tête. Les deux tâches nécessitent une conception et une exécution plus complexes. L'équipe espère également s'adapter aux mouvements des bras humains pendant le processus d'habillage et explorer des compétences de manipulation robotisées plus avancées telles que le boutonnage ou la fermeture éclair.