SwarmTouch:En taktil interaktionsstrategi for menneske-sværmkommunikation

Forskere ved Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) i Rusland har for nylig introduceret en ny strategi for at forbedre interaktionen mellem mennesker og robotsværme, kaldet SwarmTouch. Denne strategi, præsenteret i et papir, der er forududgivet på arXiv, tillader en menneskelig operatør at kommunikere med en sværm af nano-quadrotor-droner og guide deres dannelse, mens den modtager taktil feedback i form af vibrationer.

"Vi arbejder inden for sværm af droner, og min tidligere forskning inden for haptik var meget nyttig til at introducere en ny grænse for taktile menneske-sværm-interaktioner, "Dzmitry Tsetserukou, Professor ved Skoltech og leder af Intelligent Space Robotics laboratorium, fortalte TechXplore. "Under vores eksperimenter med sværmen, imidlertid, vi forstod, at de nuværende grænseflader er for uvenlige og svære at betjene."

Mens de udfører forskning, der undersøger strategier for menneske-sværm-interaktion, Tsetserukou og hans kolleger indså, at der i øjeblikket ikke er nogen tilgængelige grænseflader, der gør det muligt for menneskelige operatører nemt at implementere en sværm af robotter og kontrollere dens bevægelser i realtid. I øjeblikket, de fleste sværme følger simpelthen foruddefinerede baner, som er opstillet af forskere, inden robotterne begynder at fungere.

Den menneske-sværm interaktionsstrategi foreslået af forskerne, på den anden side, giver en menneskelig bruger mulighed for at guide bevægelserne af en sværm af nano-quadrotor-robotter direkte. Den gør dette ved at overveje hastigheden af ​​brugerens hånd og ændre sværmens form eller dynamik i overensstemmelse hermed, ved hjælp af simulerede impedansforbindelser mellem robotterne til at producere adfærd, der ligner sværme, der forekommer i naturen.

Systemet udviklet af forskerne inkluderer et bærbart, taktil display, der leverer vibrationsmønstre på en brugers fingre for at informere ham/hende om den aktuelle sværmdynamik (dvs. hvis sværmen udvider sig eller krymper). Disse vibrationsmønstre giver menneskelige brugere mulighed for at ændre sværmdynamikken, så sværmen kan undgå forhindringer blot ved at bevæge deres hænder med forskellige hastigheder eller i forskellige retninger.

Systemet registrerer positionen af ​​brugerens hånd ved hjælp af et meget præcist motion capture-system kaldet Vicon Vantage V5. Ud over, den menneskelige operatør og individuelle robotter i sværmen er forbundet via impedansforbindelser.

"Disse led opfører sig som fjedre-dæmpere, " Tsetserukou forklarede. "De forhindrer droner i at flyve tæt på operatøren og på hinanden og i at starte eller stoppe brat. Vores strategi forbedrer i høj grad sikkerheden ved menneske-sværm-interaktioner og gør sværmens adfærd lig med virkelige biologiske systemer (f.eks. bisværme)."

Den vigtigste fordel ved den menneske-sværm-interaktionsstrategi, som Tsetserukou og hans kolleger har udtænkt, er, at den giver brugerne mulighed for at opleve bevægelsen af ​​en robotsværm direkte gennem deres fingerspidser. Det giver også operatører mulighed for at ændre sværmdynamikken i realtid, giver robotterne mulighed for at navigere i rodede og komplekse miljøer, såsom bycentre fyldt med skyskrabere eller andre forhindringer.

Foreløbige test, der evaluerer denne nye taktile interaktionsstrategi, afslørede, at brugere er i stand til at forstå, hvad vibrationerne på deres fingerspidser betyder det meste af tiden. De fleste af deltagerne, der deltog i disse tests, følte, at den taktile fornemmelse forbedrede deres evne til at styre dronerne, samtidig med at deres kommunikation med sværmen bliver mere interaktiv.

I fremtiden, SwarmTouch, strategien udviklet af Tsetserukou og hans kolleger, kunne bruges til at træne sværme til at navigere i varehuse, levere varer inden for bymiljøer og endda inspicere broer eller anden infrastruktur. Forskerne vil snart præsentere en anden tilgang, kaldet CloakSwarm, på ACM Siggraph Asia 2019-konferencen.

De arbejder også på to yderligere drone-menneske-interaktionsstrategier, SlingDrone og WiredSwarm, som vil blive demonstreret på ACM VRST 2019 konferencen. SlingDrone, den første af disse strategier, er et mixed reality-paradigme, der giver brugerne mulighed for at betjene droner ved hjælp af en pegecontroller på en interaktiv måde, frembringer en slangebøsse-lignende bevægelse.

"Denne tilgang minder lidt om det populære mobilspil Angry Birds, men med brugere, der trækker en rigtig drone med et reb i stedet for på en berøringsskærm, for at navigere sin ballistiske bane i virtual reality, " Tsetserukou forklarede. "SlingDrone giver dig mulighed for at pege en virtuel drone i den retning, du vil have den til at flyve i, og på samme tid vil en rigtig drone flyve til målpositionen og bringe dig den genstand, du ønsker at få fat i. WiredSwarm, på den anden side, er en sværm af droner, der er fastgjort til brugerens fingre med snore, som kan give high-fidelity haptisk feedback til en VR-bruger. Vi kalder denne nye type interface for den første flyvende, bærbare haptiske interface."

© 2019 Science X Network