缠成一坨的耳机线，这机器人两下就能解开

Pine 发自 凹非寺

量子位 | 公众号 QbitAI

明明自己已经整理过了，数据线却还是绕成一团。

这像不像耳机从你的包里刚取出来的样子。

现在不用怕了！加州大学研究出了一款机器人，可以轻松理顺数据线。

有网友对这个研究结果“相见恨晚”：

就不能在Air Pods出来之前训练出这个机器吗？

有了这个机器人，就再也不怕那“不听使唤”的线了。

机器人整理这些缠绕的线，它是怎么工作的呢？

双手机器人通过感知即将处理的线，使用两个夹钳来理顺它们。

在整理线的过程中，机器人的特殊构造以及各个系统等都要起到很重要的作用。

首先是它的夹钳结构，这个夹钳（PC）触手既可以钳式（pinch-pinch）抓取，又可以笼式（cage-cage）抓取，也可以二者相结合（pinch-cage）。

△图注：中间为笼式抓取，右边为钳式抓取

钳式抓取时线不能任意滑动，而笼式抓取和两者结合抓取时，线能够滑动。

笼式抓取可以在解结操作中用到，钳式、笼式结合抓取一般用来检测线有没有打结。

多种抓取模式可以让机器人进行更多的操作，并且很适合整理较长的线。

其次是机器人的感知系统，它可以获知整理线的过程中这条线的“状态”：缠绕方式，打结的数量，何处打结··· ···从而影响机器人的后续操作。

具体来说，感知系统包括端点探测，实时追踪线，结点探测等。

端点探测是指感知要整理的线的两个端点，确保可以进行下一步操作。

实时追踪线是通过传感器来探测整条线，从起点开始，追踪到交叉点就停止。

节点探测是用于检测整根线中的结点个数，单纯的交叉点并能不算在其中。

感知到要处理的线的“状态”之后，就意味着要进行操作了。

那么在整理的时候，两个抓手都可以进行什么操作（操作指令）呢？

1、Reidemeister移动：这个操作是在整理时的第一个动作，两个抓手抓住两端的结点，然后将其拉向两端，使线上的打结处都展现出来。

2、摇晃：晃动缠绕的线主要有两个用处，其一是当线的两端很难找到，无法进行Reidemeister移动时，通过晃动来寻找端点，其二是摇晃可以使打结处松动，更利于后续操作。

3、物理跟踪：整理线时，需要一个臂紧抓住线的一端，另外一个臂滑动追踪打结处。

4、结点隔离：当解开上一个结时，就要立即执行这个操作，把已经处理好的部分拨到一边。

5、双笼分离：这个是解开打结处的一个重要动作，两个抓手抓住节点内的两点，然后向两端拉开，结就打开了

了解完这波机器人的操作指令后，就可以来看看这些指令是怎么运用到实际操作中的？

整个理线的核心就是抓滑系统（Sliding and Grasping for Tangle Manipulation，简称SGTM），通过抓取和滑动等一系列操作来解开缠绕的线。

SGTM从识别端点开始。如果两个端点都可见，那么它将继续进行Reidemeister移动（指令1）。

如果看不到端点，它就会晃动（指令2）线，直至可以探测到两个端点，然后进行Reidemeister移动。

接下来会用感知系统进行结探测，如果遇到结，执行双笼分离操作（指令5）以解开它，然后返回第一步。

如果没有检测到结的存在，将执行物理跟踪（指令3），这次跟踪未检测到结的存在的话，线就整理完毕。

但若在物理跟踪时发现额外的结，则该结被隔离（指令四）并放置在工作空间中，算法返回到结探测步骤。

读到这里，机器人如何整理缠绕的线我们也都明白了。

那么它整理这些线的效果如何？

最长可整理3米的线

在加州大学团队的研究中，这个机器人最长可成功解开3米的数据线。

并且当线中存在一个结时，机器人解开的成功率为 67%，存在两个结时，解开的成功率为 50%。

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参考链接：
[1] https://twitter.com/vainavi_v/status/1553829336515416064
[2] https://sites.google.com/view/rss-2022-untangling/home
[3] https://arxiv.org/abs/2207.07813