Mer än 1 miljon amerikaner behöver daglig fysisk hjälp för att klä på sig på grund av skada, sjukdom och hög ålder. Robotar kan potentiellt hjälpa, men tyg och människokroppen är komplexa.

För att hjälpa till att möta detta behov, en robot vid Georgia Institute of Technology drar framgångsrikt sjukhusrockar på människors armar. Maskinen använder inte ögonen när den drar i duken. Istället, den förlitar sig på krafterna den känner när den styr plagget på en persons hand, runt armbågen och på axeln.

Maskinen, en PR2, lärde sig på en dag, genom att analysera nästan 11, 000 simulerade exempel på en robot som sätter en klänning på en mänsklig arm. Vissa av dessa försök var felfria. Andra var spektakulära misslyckanden – den simulerade roboten applicerade farliga krafter på armen när tyget skulle haka på personens hand eller armbåge.

Från dessa exempel, PR2:s neurala nätverk lärde sig att uppskatta krafterna som appliceras på människan. På sätt och vis, simuleringarna gjorde det möjligt för roboten att lära sig hur det känns att vara människan som får hjälp.

"Människor lär sig nya färdigheter genom att trial and error. Vi gav PR2 samma möjlighet, " sa Zackory Erickson, ledande Georgia Tech Ph.D. student i forskargruppen. "Att göra tusentals försök på en människa skulle ha varit farligt, än mindre omöjligt tråkigt. Men på bara en dag, med hjälp av simuleringar, roboten lärde sig vad en person kan känna fysiskt när han klär på sig."

Roboten lärde sig också att förutse konsekvenserna av att flytta klänningen på olika sätt. Några rörelser gjorde klänningen spänd, dra hårt mot personens kropp. Andra rörelser gled klänningen smidigt längs personens arm. Roboten använder dessa förutsägelser för att välja rörelser som bekvämt klär armen.

Efter framgång i simulering, PR2 försökte klä människor. Deltagarna satt framför roboten och tittade på när den höll i en klänning och förde den på sina armar. Snarare än vision, roboten använde sitt känsel för att utföra uppgiften baserat på vad den lärde sig om krafter under simuleringarna.

"Nyckeln är att roboten alltid tänker framåt, sa Charlie Kemp, en docent vid Wallace H. Coulters avdelning för biomedicinsk teknik vid Georgia Tech och Emory University och den ledande fakultetsmedlemmen. "Det frågar sig, "om jag drar klänningen så här, kommer det att orsaka mer eller mindre kraft på personens arm? Vad skulle hända om jag gick den vägen istället?'"

Forskarna varierade robotens timing och lät den tänka så mycket som en femtedels sekund in i framtiden samtidigt som den planerade sitt nästa drag. Mindre än så gjorde att roboten misslyckades oftare.

"Ju mer robotar kan förstå om oss, ju mer de kommer att kunna hjälpa oss, ", sa Kemp. "Genom att förutsäga de fysiska konsekvenserna av deras handlingar, robotar kan ge hjälp som är säkrare, bekvämare och effektivare."

Roboten håller just nu på att lägga klänningen på ena armen. Hela processen tar cirka 10 sekunder. Teamet säger att att helt klä en person är något som ligger många steg bort från det här arbetet.