近日，來自麻省理工學院計算機科學和人工智能實驗室（CSAIL）和哈佛大學軟數學實驗室的科學家們開發了一種帶有感應軟刷的機械臂裝置，也就是“梳頭機器人”RoboWig。

▲RoboWig在假髮上測試梳頭功能

該團隊的控制策略是，根據他們建立的毛髮纖維底層模型和配備在機器人上的攝像頭，讓機器人感知毛髮的捲曲和打結程度，並依據人的疼痛感等反饋進行適應性調整。他們對RoboWig進行了測試，用它來梳理各種不同捲曲度的頭髮。

這項研究成果於本月早些時候發表在國際知名學術會議IEEE RoboSoft（IEEE軟體機器人國際會議）上，論文題目為《理解機器人梳頭時柔軟纖維的纏結（Understanding the Entanglement of Soft Fibers for Robotic Hair Brushing ）》。

論文鏈接：https://docs.google.com/document/d/1SSXM6mOiI9GCISY0Io_1k7NE6nmBmm4z0Nl90YzETCM/edit

一、建立“毛髮打結”模型，機器人感知捲曲度

在RoboWig出現之前，機器人梳理毛髮領域的研究主要集中在頭髮的力學、動態和視覺特性上，而RoboWig則專注於頭髮的纏結和自身梳理行為的調節。

RoboWig的毛髮纖維底層模型是它的動力所在。CSAIL博士後喬西·休斯（Josie Hughes）和她的團隊選擇用一組像DNA鏈一樣的纏繞雙螺旋模型來代表纏結的頭髮。這種模型為操縱軟纖維束的數學模型和控制系統提供了參考。

▲RoboWig自動分析頭髮捲曲的程度

休斯說：“我們用模型表現了頭髮是如何纏繞在一起的。人在學梳頭的時候可以明白這個過程，但現在我們可以通過模型來演示，再教會機器人。”

要真正“教會”機器人如何梳頭是十分複雜的。因為每個人的頭髮情況都是不同的，梳理時頭髮之間錯綜複雜的相互作用很容易導致打結。而且如果梳理不當，很可能會扯痛人的頭皮，或對頭髮造成損傷。

二、根據反饋自動選擇梳頭力度

RoboWig的機械臂上有一個軟毛感應刷，可以測量梳理過程中的力。研究人員將軟毛感應刷與一種“閉環控制系統”結合起來，該系統從輸出中獲得反饋，並在不需要人工干預的情況下自動執行動作。這樣，就可以讓用戶對梳頭的感覺進行反饋，從而優化每次梳理的頭髮的長度，同時考慮到人類的疼痛感和梳頭所花費的時間。

最初的測試在許多不同髮型和捲曲程度的假髮上進行。RoboWig可以根據頭髮纏結的數量來選擇適當的梳理長度，有效地梳開纏結。例如，對於捲曲的頭髮，就要主要考慮人的疼痛因素，所以最好輕輕梳理，每次只梳理一小段頭髮。

該團隊希望最終在人類身上進行更真實的實驗，以便更好地理解RoboWig對人類不同的疼痛體驗的表現。人的疼痛體驗是一個非常主觀的度量，因為不同的人對疼痛的感覺和耐受度都不一樣。

結語：機器人技術助力護理等領域

隨著機器人技術在個人護理領域的不斷深入，各式各樣的精巧機器人早已開始面世。2011年，日本科技巨頭松下（Panasonic）研發了一款可以洗頭、按摩、吹乾頭髮的機器人，旨在幫助老年人和行動不便的人，同時減輕照顧者的負擔。

在未來，像RoboWig這種機器人的毛髮梳理功能或許還會擴展到更多的領域。正如休斯所說：“為了讓機器人能完成更複雜的任務，比如梳頭髮，我們不僅需要新的安全硬件，還需要更了解頭髮這類柔軟的纖維纏結的行為。除了梳頭，我們提供的模型還可以用於梳理紡織品纖維，或動物纖維。”