Ngày càng nhiều loại robot được thiết kế để phục vụ con người, từ cung cấp dịch vụ giải trí đến chăm sóc bệnh nhân… Tuy nhiên, việc tương tác giữa robot với con người còn khó khăn và chậm. Trên thực tế robot cần phải nhận ra và đáp ứng với cử chỉ của con người. Đây là vấn đề lớn vì mỗi người có cách...
Ngày càng nhiều loại robot được thiết kế để phục vụ con người, từ cung cấp dịch vụ giải trí đến chăm sóc bệnh nhân… Tuy nhiên, việc tương tác giữa robot với con người còn khó khăn và chậm.
Trên thực tế robot cần phải nhận ra và đáp ứng với cử chỉ của con người. Đây là vấn đề lớn vì mỗi người có cách vẫy bàn tay khác nhau. Vì vậy, các nhà khoa học phải phát triển thuật toán máy tính thông minh để đào tạo robot hiểu được mô hình chung của chuyển động. Hiện nhà nghiên cứu Rui Yan và các đồng nghiệp tại Viện Nghiên cứu A*STAR (Singapore) đã phát triển hệ thống phần mềm mới giúp robot nhận ra các cử chỉ một cách nhanh chóng, chính xác và ít tốn công đào tạo.
Rui Yan và đồng nghiệp đã thử nghiệm phần mềm bằng cách tích hợp nó với Shape Tape - chiếc áo khoác đặc biệt sử dụng các sợi quang và cảm biến quán tính để theo dõi cử động uốn, xoắn của bàn tay, cánh tay. Họ lập trình để Shape Tape được cung cấp dữ liệu 80 lần/giây trên các định hướng 3 chiều ở vai, khuỷu tay, cổ tay và áp dụng các ngưỡng tốc độ khác nhau để phát hiện khi các cử chỉ bắt đầu.
Trong cuộc thử nghiệm, 5 người được cho mặc Shape Tape và dùng nó kiểm soát robot ảo thông qua chuyển động của cánh tay để ra các lệnh như đi về trước, lùi, bước nhanh hoặc chậm hơn. Các nhà nghiên cứu nhận thấy hệ thống đã "dịch" chính xác 99,15% các cử chỉ. Bước tiếp theo trong việc cải thiện hệ thống nhận dạng cử chỉ là cho phép con người điều khiển robot mà không cần mang bất kỳ thiết bị đặc biệt. Yan và đồng nghiệp giải quyết vấn đề bằng cách thay thế Shape Tape với máy ảnh cảm ứng chuyển động.
Robot ngày càng xuất hiện gần con người, từ những dịch vụ giải trí quen thuộc đến các công việc hỗ trợ chăm sóc bệnh nhân trong môi trường đòi hỏi phản hồi chính xác. Tuy nhiên, một robot có thể hoạt động hiệu quả vẫn chưa đồng nghĩa với việc nó dễ dàng giao tiếp, bởi quá trình tương tác giữa người và máy hiện còn chậm, phức tạp. Muốn phục vụ tự nhiên hơn, robot cần nhận biết cử chỉ của con người, dù cùng một mệnh lệnh nhưng mỗi người lại có thể vẫy tay hoặc chuyển động theo cách riêng.
Sự khác biệt ấy tạo ra bài toán lớn cho các nhà khoa học, vì robot không thể chỉ ghi nhớ một vài động tác cố định rồi xử lý mọi tình huống giống nhau. Hệ thống phải tìm ra mô hình chung trong các chuyển động đa dạng, sau đó chuyển mô hình đó thành thông tin đủ rõ để robot hiểu và phản hồi. Nhiệm vụ này đòi hỏi những thuật toán máy tính thông minh, vừa nhận dạng nhanh vừa giảm lượng dữ liệu cùng thời gian cần thiết cho quá trình đào tạo.
Tại Viện Nghiên cứu A*STAR ở Singapore, nhà nghiên cứu Rui Yan cùng các đồng nghiệp đã phát triển một hệ thống phần mềm mới dành cho mục tiêu đó. Hệ thống được thiết kế để robot nhận ra cử chỉ nhanh chóng, chính xác, đồng thời không cần trải qua quá trình huấn luyện quá tốn công sức. Cách tiếp cận này mở ra triển vọng giúp giao tiếp giữa robot và con người trở nên tự nhiên hơn, thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào những mệnh lệnh cứng nhắc.
Để kiểm tra phần mềm, nhóm nghiên cứu tích hợp nó với Shape Tape, một chiếc áo khoác đặc biệt có khả năng ghi nhận chuyển động của cơ thể. Thiết bị sử dụng các sợi quang kết hợp cảm biến quán tính, qua đó theo dõi những thay đổi như uốn và xoắn ở bàn tay, cánh tay người mặc. Nhờ thu thập chuyển động trực tiếp trên cơ thể, Shape Tape cung cấp cho hệ thống dữ liệu chi tiết hơn về cách một cử chỉ thực sự diễn ra.
Nhóm lập trình Shape Tape cung cấp dữ liệu với tần suất 80 lần mỗi giây, dựa trên các định hướng ba chiều tại vai, khuỷu tay và cổ tay. Hệ thống đồng thời áp dụng những ngưỡng tốc độ khác nhau để phát hiện thời điểm một cử chỉ bắt đầu, tránh nhầm lẫn giữa trạng thái nghỉ và chuyển động có chủ ý. Cách ghi nhận liên tục này giúp phần mềm theo sát động tác, từ lúc cánh tay khởi động đến khi hoàn tất mệnh lệnh dành cho robot.
Trong thử nghiệm, năm người được yêu cầu mặc Shape Tape rồi sử dụng chuyển động cánh tay để điều khiển một robot ảo. Các động tác của họ tương ứng với nhiều mệnh lệnh, chẳng hạn đi về phía trước, lùi lại hoặc bước nhanh hơn, chậm hơn. Dù người tham gia có thể thực hiện cử chỉ không hoàn toàn giống nhau, hệ thống vẫn phải nhận ra ý định chung ẩn sau từng chuyển động.
Kết quả cho thấy phần mềm đã “dịch” chính xác 99,15% các cử chỉ được sử dụng trong cuộc thử nghiệm. Con số này cho thấy hệ thống có khả năng xử lý sự khác biệt giữa người điều khiển, đồng thời biến chuyển động của cơ thể thành lệnh đủ tin cậy cho robot ảo. Thành công bước đầu cũng chứng minh việc kết hợp cảm biến đeo trên người với thuật toán nhận dạng có thể cải thiện đáng kể tốc độ và độ chính xác tương tác.
Dù vậy, người dùng sẽ thuận tiện hơn nếu có thể điều khiển robot mà không phải mặc bất kỳ thiết bị đặc biệt nào trên cơ thể. Bước tiếp theo của Rui Yan cùng các đồng nghiệp là thay thế Shape Tape bằng máy ảnh cảm ứng chuyển động, nhằm ghi nhận cử chỉ từ bên ngoài. Nếu hướng phát triển này đạt hiệu quả tương đương, robot sẽ tiến gần hơn tới khả năng hiểu con người qua những động tác tự nhiên trong đời sống hằng ngày.
