Interacting humans and robots can improve sensory prediction by adapting their viscoelasticity

要約

物体を操作したり、一緒に踊ったりするために、人間とロボットはエネルギーと触覚情報を交換します。
人間とロボットの相互作用におけるエネルギーの交換は広く研究されていますが、その根底にある触覚情報の交換はよく理解されていません。
ここでは、感覚ノイズや運動ノイズを考慮しながら粘弾性を調整できる、エージェント間の機械的および感覚的相互作用の計算モデルを開発します。
結果として得られる確率的最適情報と努力 (SOIE) コントローラーは、粘弾性を調整することによって触覚情報の交換とパフォーマンスがどのように改善されるかを予測します。
このコントローラーは、追跡タスクを伴うロボット間実験で最初に実装され、スティッフ制御またはコンプライアンス制御と比較した場合に優れたパフォーマンスを示しました。
重要なのは、最適なコントローラーは、接続された人間が自身の感知ノイズと触覚摂動に対する差別化された粘弾性調整を使用して、触覚コミュニケーションを改善するために筋肉の活性化をどのように変更するかを予測することもできます。
次に、人間とロボットの実験により、この最適な制御戦略がロボットに適用できることが示され、ロボットが自身とユーザーのノイズ特性に応じて粘弾性を調整することで、追跡性能が向上し、効果的な触覚コミュニケーションが得られました。
したがって、提案された SOIE コントローラは、人間とロボットの触覚コミュニケーションとコラボレーションを改善するために使用できる可能性があります。

要約(オリジナル)

To manipulate objects or dance together, humans and robots exchange energy and haptic information. While the exchange of energy in human-robot interaction has been extensively investigated, the underlying exchange of haptic information is not well understood. Here, we develop a computational model of the mechanical and sensory interactions between agents that can tune their viscoelasticity while considering their sensory and motor noise. The resulting stochastic-optimal-information-and-effort (SOIE) controller predicts how the exchange of haptic information and the performance can be improved by adjusting viscoelasticity. This controller was first implemented on a robot-robot experiment with a tracking task which showed its superior performance when compared to either stiff or compliant control. Importantly, the optimal controller also predicts how connected humans alter their muscle activation to improve haptic communication, with differentiated viscoelasticity adjustment to their own sensing noise and haptic perturbations. A human-robot experiment then illustrated the applicability of this optimal control strategy for robots, yielding improved tracking performance and effective haptic communication as the robot adjusted its viscoelasticity according to its own and the user’s noise characteristics. The proposed SOIE controller may thus be used to improve haptic communication and collaboration of humans and robots.

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