MIT 可穿戴新作！AI 襪子掌控人類行動，機器人戴上護腕不再「觸覺盲」

我們必不可少的衣物可以說是最好的可穿戴設備。

從懷表到手表，再到智能手表，既有時代變遷之下的需求導向，也是可穿戴技術顯著發(fā)展的結果。

起初廠商們多以「腕帶+手機=智能手表」的思路設計智能手表，經(jīng)過幾十年發(fā)展，智能手表形態(tài)上更為簡約輕便，功能上也越來越豐富，不僅限于為手機做輔助，也逐漸有了監(jiān)測運動、睡眠、壓力、血氧飽和度、心率等數(shù)據(jù)的功能。

有這樣兩個問題：

• 對于沒有手表佩戴習慣的群體，哪些可穿戴產(chǎn)品適合運動時佩戴？不集成大量高精度傳感器的前提下，可穿戴產(chǎn)品如何很好地監(jiān)測運動、獲取反饋數(shù)據(jù)？

對此，MIT 給出了一個解決方案——我們必不可少的衣物可以說是最好的可穿戴設備，因此可以利用特殊纖維設計衣物，穿戴后可通過接觸用戶身體感知其動作，完成數(shù)據(jù)反饋。

前不久，相關研究成果發(fā)表于 Nature 子刊 Nature Electronics（《自然-電子學》），題為 Learning human–environment interactions using conformal tactile textiles（使用適形觸覺紡織品學習人類與環(huán)境的互動）。

論文作者來自于 MIT 計算機科學與人工智能實驗室（CSAIL）、微系統(tǒng)技術實驗室及電子工程與計算機科學系。

1、「適形觸覺紡織品」長啥樣？

論文標題里的「適形觸覺紡織品」可以有哪些形式，MIT 在一段視頻里進行了展示。

它可以是一雙襪子：

可以是一副手套：

一件背心：

準確地來講，MIT 團隊設計的是一個基于紡織品的觸覺學習平臺，可以用來記錄、監(jiān)測和學習人與環(huán)境的互動。

2、利用機器學習進行傳感校正

那么，MIT 團隊具體是如何設計這種新型可穿戴產(chǎn)品的呢？

論文介紹，「適形觸覺紡織品」的原材料中包含了一種價格低廉的壓阻纖維（此外亦有常規(guī)的紡織纖維）。

經(jīng)由機器編制，就可以形成任意的三維幾何形狀，這一過程完全由機器自動完成。

在此基礎上，研究團隊得到了一個大型觸覺數(shù)據(jù)集，有著超 100 萬個觸覺框架，包含人與環(huán)境的多種交互以及與機器學習技術相結合的各種應用。

通過數(shù)據(jù)收集，研究團隊開發(fā)了一個自監(jiān)督數(shù)據(jù)修正范式來規(guī)范響應。

研究團隊利用下圖中這只“校準手套”作為一種靈活的“尺度”，用以糾正形狀更為復雜的、面積更大的「觸覺紡織品」。

數(shù)據(jù)表明，這種由 AI 驅動的傳感紡織品可以對包括坐姿、動作在內(nèi)的多種與環(huán)境的互動進行分類。僅通過數(shù)據(jù)，即可恢復動態(tài)全身姿態(tài)，從而分析環(huán)境空間信息、發(fā)現(xiàn)生物力學特征。

如下圖所示，不論是抬腿、平地走路，還是彎腰、轉身、上下樓梯等動作，系統(tǒng)都能做出穩(wěn)定預測。

值得一提的是，這種可穿戴神器還可用于機器人——研究團隊針對一款機器臂的形狀設計了合適大小的織物，發(fā)現(xiàn)機器臂給出了高分辨率的觸覺反饋。

對此，論文通訊作者 Wan Shou 表示：

想象一下，機器人不再是觸覺盲，它們有“皮膚”，可以像我們?nèi)祟愐粯犹峁┯|覺感知。

研究團隊表示，這種設計可在人機交互（HCI）方面成為更多應用的輸入接口，或可用于運動和康復訓練。

引用來源：

https://www.nature.com/articles/s41928-021-00558-0

https://www.leiphone.com/news/202101/JhPf7sfRer6JU5Nm.html

https://www.csail.mit.edu/news/smart-clothes-can-measure-your-movements

https://www.youtube.com/watch?v=HDtpOVa49cs