我们通常认为机器人在各种任务中取代了人类，但各种各样的机器人也可以增强人类的能力。这对残疾人尤其适用。虽然 Cybathlon 竞赛显示了尖端研究机器人与专家人类配对的可能性，但这种竞赛并不一定反映出当今大多数人都能获得的机器人类型。
KinovaRobotics 的 Jaco 手臂是一个辅助机械臂，设计安装在电动轮椅上。轻量碳纤维臂具有六个自由度，加上三指抓手，因为它坚固耐用，因此经常用于研究，用途广泛。Kinova 创造了它，为那些有流动性限制的人的生活增添了自主性。
今年早些时候，Kinova 分享了 Mary Nelson 的故事。她是一个 11 岁的女孩，患有脊椎肌肉萎缩，她用自己的机械臂在比赛中展示她的马。脊髓肌萎缩是一种神经肌肉疾病，它损害了自发性肌肉运动，包括帮助呼吸的肌肉，而玛丽依靠一把电动椅来活动。
我们想了解更多关于 Kinova 如何设计它的 Jaco 手臂，以及这对像 Mary 这样的人意味着什么，所以我们与 Kinova 和 Mary 的父母进行了交谈，以了解机器人手臂能产生多大的差异。
IEEE Spectrum: 在拥有手臂之前是如何与世界互动的，一般来说，尝试机器人手臂的决定涉及到什么？那为什么 Kinova 的手臂是特别的呢？
Ryan Nelson: Mary 和你我一样与世界互动，她只是使用不同的工具。例如，她 100% 地独立使用电脑、iPad 和手机，她更喜欢使用鼠标。但是，她无法移动标准鼠标，因此她用蓝牙将轮椅连接到每个设备，以便使用轮椅操纵杆移动鼠标指针/光标。
多年来，我们在她的轮椅上安装了一个 Manfrotto 魔法手臂和超级夹子，使用方式和机器人手臂非常相似。我们可以把棒球棒、油漆刷、玩具等放在超级夹子里，这样玛丽就可以像身体上有能力的孩子一样握住物体并进行互动。玛丽一直想变得更加独立，所以我们知道机器人手臂是她必须尝试的东西。我们在 YouTube 和他们的网站上看到了 Kinova 机械手臂的视频，所以我们联系他们进行了试验。
你能告诉我们关于 Jaco 手臂的情况吗？设计辅助机器人手臂的过程与设计传统机器人手臂的过程有何不同？
Nathaniel Swenson，美国 Kinova 的辅助技术运营部主管：Jaco 是我们的旗舰机器人臂。受 CEO 叔叔和与其同名的 Jacques Jaco Forest 的启发，虑到轮椅使用者的力量，它被设计成一种辅助技术。
Jaco 和我们其他机器人的主要区别在于速度和功耗，例如专为满足学术和工业研究团队的需求而设计的新 Gen3。其他像 Gen3 这样的机器人可以更快地移动，并稍微多消耗一些能量，因为它们不受电动轮椅电池大小的限制。根据用例的不同，它们可能不会直接与研究环境中的人交互，并且可以更快速地安全地移动。Jaco 的设计目的是以安全的速度移动，并与最终用户直接接触，直接从轮椅上获取很少的动力。
辅助机器人设计过程中最重要的考虑是最终用户的安全。Jaco 用户通过他们现有的驱动控制来操作他们的机器人，以帮助他们进行日常活动，比如吃饭、喝酒和开门，他们不必担心机器人一整天都在消耗他们椅子的电池。由于满足了我们的电动椅用户的需求而产生的优雅设计，使后来的[产品]迭代（如 Gen3）也受益匪浅：Kinova 的机器人重量轻，耗电量极为高效，可安全地直接与人类机器人交互。传统的工业机器人并非如此。
Mary 的学习过程是怎样的？她是觉得自己掌握了手臂，还是觉得这是一个不断学习的过程？
Ryan Nelson：Mary 的学习过程非常快。然而，她每天能用手臂做的新事情都使我们感到惊讶。从字面上说，在将手臂安装在椅子上的几分钟内，Mary 发现了这一点，并与 Kinova 代表握手。手臂的控制非常直观，Kinova 代表说，SMA（脊髓肌肉萎缩）儿童是完美的使用者，因为他们非常聪明，所以他们会马上拿起它。Mary 学会了用手臂做许多精细的运动，从拿起铅笔或尺子之类的小东西，到调整她脸上的眼镜，再到做科学实验。
Mary 用头戴式麦克风放大自己的声音，吃完饭后，她会用胳膊和手指调整嘴前的麦克风（这也是她用胳膊很快掌握的一项任务）。此外，Mary 用手臂向下伸展，用手臂抓住脚或腿，并将其移动到一个更舒适的位置。所有这些例子都是她从未真正要求我们做的事情，但她需要的，只是在手臂的帮助下，自己做到。
您从机械手臂的新用户那里得到的最常见反馈是什么？对于使用机械手臂已有一段时间的经验丰富的用户呢？
Nathaniel Swenson: 新用户总是告诉我们，看到他们的新 Jaco 手臂能做什么，他们有多兴奋。从第一天开始，他们就可以在没有护理者帮助的情况下做他们渴望做的事情：喝点水或咖啡，抓痒，按按钮打开一个 可接近 的门或电梯，甚至用奶瓶喂宝宝。
我从有经验的用户那里听到的最常见的反馈是 Jaco 改变了他们的生活。像 Mary 这样经验丰富的用户成为了 明星一样的存在 ：无论他们走到哪里，人们都会兴奋地期待看到他们下一步要做什么。新用户和老用户之间的差别可能只有两周。每天操作电动轮椅的人已经是专业的 司机 了，我们只是给他们的椅子增加了一个新的 装备 ：机器人模式。看到新用户能够快速掌握直观的 Jaco 控制模式是很有趣的。
您希望在下一代 Jaco 机械手臂中看到哪些变化？
Ryan Nelson：Titanium 手指！让它举起更重的物体，拿着棒球棒、机关枪、火焰喷射器等更重的东西，Mary 直截了当地说： 我希望手臂移动得足够快来弹钢琴。
Nathaniel Swenson：我喜欢 titanium 手指的概念！Jaco 的手指是由一种柔韧的聚合物制成的，旨在避免伤害。这允许手指弯曲或脱臼，而不是折断，但也意味着它们不像钛那样耐用。增加有效载荷，即操纵较重物体的能力，需要增加功耗。我们在提供足够的力量来完成日常生活中最医学上必要的活动和有效使用电动椅电池之间取得了谨慎的平衡。
我们非常重视 Isaac Asimov 的机器人学定律。当我们开始把机枪、火焰喷射器、人工智能和机器人结合起来时，我变得非常紧张！
我也希望手臂能移动得足够快来弹钢琴！我也是一个音乐家，我和 Mary 分享了一个辅助机器人的梦想，这个机器人可以让她创作音乐。同时，在我们进行这项工作的同时，请欣赏 Manami Ito 和她独一无二的小提琴假肢制作的美丽小提琴作品。
机械手臂的更多自治在多大程度上对用户有帮助？在实施这一过程中会涉及到什么？
Nathaniel Swenson：人工智能、机器学习和深度学习将在未来的辅助机器人迭代中引入更大的自主性。这将使他们能够执行当前不可能执行的更复杂的任务，并使他们能够比当前手动控制所需的更快、更少的输入来完成常规任务。
对于辅助机器人来说，实现更大的自主性需要关注最终用户的安全性和提高机器人对环境的认识。与人类近距离工作的自主机器人需要视觉。他们必须能够看到以避免碰撞，他们使用触觉反馈告诉机器人有多少力被施加在物体上。所有这些技术都存在，但把它们带到辅助技术市场的最大障碍是向将为它们提供资金的医疗保险公司证明它们既安全又在医学上是必要的。
