使用iCub3机器人远程参观威尼斯双年展

在过去的几十年中，技术进步为远程旅游和机器人系统的远程操作开辟了新的令人兴奋的可能性。这使计算机科学家能够开发出越来越复杂的系统，使人类能够以身临其境的方式虚拟地访问远程位置。

位于热那亚的理工学院(IIT)的研究人员最近推出了一种基于虚拟化身的创新系统，该系统允许人类操作员在现实环境中远程实时地进行虚拟导航和移动，就好像操作员在身体在那里。该系统在arXiv上预发表的一篇论文中进行了介绍，并在YouTube上发布的视频中进行了介绍，该系统基于同样在IIT创建的人形机器人iCub3。团队成功利用它参观了威尼斯著名的艺术和建筑展览威尼斯双年展。

该研究项目的协调员DanielePucci告诉TechXplore：“我的实验室，即IIT的人工智能和机械智能实验室，有几个研究轴，其中之一就是我们所说的远程存在。”“这项研究的主要目标是通过类人机器人为人类制作物理化身。由于机器人(类人)身体，这项技术将使我们能够在偏远的地方实际存在并有效行动。”

“远程感知”一词意味着让人类感觉自己在其他地方，同时也能够与周围环境进行物理交互，就好像他们真的存在于这个偏远的地方一样。这通常是通过结合使用虚拟现实(VR)技术和物理机器人来实现的。

Pucci和他的同事多年来一直在尝试开发远程存在系统。他们最近的论文基于他们在2017年进行的一项研究以及随后的研究工作。

“2018年9月，我们展示了使用iCub2.0的初步头像系统，”Pucci解释说。“然而，iCub2.0无法有效地扮演人类化身的角色，因为它的高度(大约一米)和手臂有限的工作空间不允许机器人在为成年人设计的环境中发挥作用。对于例如，机器人难以触及桌子上的物体。”

为了改进他们之前的系统，2019年Pucci和他们的同事开始研究新版本的iCub，iCub3高1.2m，具有改进的驱动并集成了更先进的传感器。这些特性使其成为团队远程存在系统比其前辈更好的化身。

“我们的工作还有三个慈善目标，”普奇说。“首先，大流行告诉我们，先进的远程呈现系统可能会在包括医疗保健和物流在内的不同领域很快变得必要。其次，化身可以让严重身体残疾的人通过机器人在现实世界中工作和完成任务身体。这可能是康复和假肢技术的发展。最后，我们可以想象旅游业的未来，物理化身分布在世界各地，我们可以从家里访问它们，远程访问东京、纽约或新德里只需戴上耳机和其他一些可穿戴技术。”

Pucci和他的同事推出的基于iCub3的AvatarSystem虚拟地将人类操作员运送到一个偏远的地方，让它在这个地方移动、抓握或操纵物体、说话和做出面部表情。该系统有两个关键组件：操作员技术和头像(iCub3)。

用户的动作、言语和面部表情由部署在他/她虚拟访问的地方的iCub3机器人执行。此外，用户通过一系列集成在操作员技术中的可穿戴设备，从远程环境中接收到持续的视觉、听觉、触觉和触摸相关反馈。

“运营商技术包括在IIT创建的设备和已集成到系统中的现成产品，”Pucci解释说。“在iFeel(我们实验室的一个初创项目)的背景下开发的IIT设备包括一组可穿戴技术，用于跟踪人体运动并产生触觉反馈。iFeel技术使我们能够监控人体的运动例如，操作员的手臂，然后将其投射到化身上。类似地，它允许我们模拟触觉：如果有人拥抱化身，电机就会模拟人类操作员的触觉。

除了IIT衍生公司开发的可穿戴技术外，该系统的操作员硬件还集成了一系列现成的产品，包括耳机、触觉手套和跑步机。Pucci和他的同事最近研究的很大一部分是开发算法和软件架构，可以有效地整合这些现成产品和iFeel设备收集的数据，同时产生发送到iCub3头像的输出。

“我们系统的第二个组件是化身，即iCub3人形机器人，”Pucci说。“iCub3机器人比之前的iCub版本高25厘米，因此代表了在人类环境中进行交互的更充分的平台。它的平衡和运动更加稳健，能够更好地模拟人类运动和物理交互。”

iCub3比其前辈更大，重52公斤，比iCub2重约20公斤。此外，它腿上的电机比以前的iCub机器人更强大，使机器人能够更快、更高效地移动。

“iCub3平台还具有不同的驱动机制，因为它不再基于电缆驱动的关节，”Pucci解释说。“在传感器方面，它有一个额外的深度摄像头和最新一代的力感应，可以承受更高的机器人重量。最后，iCub3具有更高容量的电池，它位于躯干组件内，而不是包含在刚性连接的背包中。”

为了评估他们的虚拟形象系统并展示其潜力，研究人员使用它远程访问了威尼斯双年展第17届国际建筑展的馆。使用标准光纤连接，他们允许位于热那亚校园的用户实时浏览威尼斯的展览。

“据我们所知，这是化身系统首次将操作员的运动、操作、声音和面部表情传输到有腿的人形化身，同时接收视觉、听觉、触觉和触摸反馈，”Pucci说。“在威尼斯使用允许远程旅游的系统对我们来说也是独一无二的。”

未来，虚拟化身系统可以让用户虚拟地前往世界上广泛的城市或艺术展览。该系统还进入了ANAAvatarXPRIZE，这是一项为团队构建机器人头像的竞赛，总奖金为1000万美元，并且是半决赛选手之一。因此，Pucci和他的同事们目前正在努力进一步改进比赛最后阶段的平台。

“我们未来工作的另一个计划与所谓的元宇宙有关，”普奇补充说。“我们相信，我们开发的大部分技术和算法对于控制和接收来自Metaverse中的数字化身的信息很有用。因此，我们现在还计划研究如何将我们的结果应用于这个令人着迷的新方向，希望投资者将在这段旅程中支持我们。”

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