卡内基梅隆大学发明“听音识物”机器人,准确率接近 80%

DeepTech深科技
2020-08-17

导读:近年来,机器人各个方面的能力都在快速追赶人类,甚至在某些领域已经超过人类。在这一过程中,科学家和工程师们最喜欢在机器人身上打造出类似人类的感官模式,以更好地感知世界。

 

不过现阶段的很多技术都只专注于再现人类的视觉和触觉,比如炙手可热的计算机视觉技术。相比之下,复制人类其他感官的研究却没有太多进展。

 

卡内基梅隆大学(CMU)的研究小组近日发表一项新成果——探索如何利用声音开发感知功能更先进的机器人。

 

他们将机器人命名为 Tilt-Bot,字面意思是 “倾斜机器人”,实际上它是一台通过倾斜托盘研究物体运动和声音之间关系的机器,训练后可以实现一定程度的 “听音识物”,准确率接近 80%。研究成果以论文的形式发表在《机器人学:科学与系统》 Robotics: Science and Systems 上。

 

卡内基梅隆大学发明“听音识物”机器人,准确率接近

图 | 倾斜机器人(来源:Gandhi, Gupta & Pinto.)

 

听觉与视觉、触觉一样,都是人类收集信息的重要渠道。那么听觉可以为机器人带来什么呢?在回答这个问题之前,我们可以想象一下没有声音的世界。

 

在这种情况下,我们将极度依赖视觉系统收集信息。看视频必须有字幕,与别人沟通必须用文字和手势,永远不知道背后是不是走过来一个人,除非转过头去看。

 

即使眼睛和手可以代劳,很多关键信息也无法准确传达,比如语气、声调以及这些变量背后的潜台词和深意。

 

机器人也面临着相似的苦恼:感知物理世界的渠道太过单一,依赖性过强,因此无法有效利用普遍存在的信息。如果能有效收集声音数据,再配合上视觉信息,它们对环境的感知力将大幅提升。

 

CMU 团队以此为核心思想,设计出了 Tilt-Bot 机器人。它本质上是一台托盘机器人,由拥有多个关节的机械臂、托盘和固定装置组成,托盘四周有边框,上面贴着用于记录物体撞击的声波捕捉装置。

 

托盘的正上方还固定了一个摄像头,用于捕捉物体运动轨迹,后期再与声音变化相匹配。

 

卡内基梅隆大学发明“听音识物”机器人,准确率接近

图 | 运动中的物体和声音数据(来源:Gandhi, Gupta & Pinto.)

 

实验时,研究人员会把不同的物体放到托盘中,机械臂随后开始向前后左右倾斜,托盘中的物体也随之移动。

 

如果倾斜过大,物体就会撞到边框并发出响声,撞击力度越大,捕捉到的声波波峰也就越高。

 

团队总共收集了 60 个不同物体的 1.5 万次交互记录,每组记录都包含匹配的视频和音频数据。他们用这些数据创建了全新的图像 + 音频数据集,用于训练机器人在动作、图像和声音之间建立有意义的联系。

 

一个有趣的发现是,受过训练的机器人只需要分析物体滑动和撞击的声音记录,就可以区分不同物体。

 

即使同是金属质地的螺丝刀和扳手也可以成功分辨,总体成功率接近 80%。这意味着训练机器人学习物体的音频表示形式是有意义的。

 

另一个更有价值的发现是,音频有时比视觉提供的有价值信息更多,或者说适用面更广。

 

由于声音是以声波的形式传播的,其传播轨迹更直观,可以更有效地预测物体未来的运动轨迹,从而帮助机器人更好地控制物体。

 

用从未见过的物体测试机器人性能时,如果同时使用视频和音频数据,那么它预测如何更好操控物体的表现相较于只使用视频时提升了 24%。

 

包含音频和视频的数据集可以帮助更多人开发机器人,尤其当它们被派去执行的任务需要两者兼顾时。研究团队表示现在的成果只是第一步,未来将探索声音数据分析还能挖掘出机器人的哪些潜力,进一步提高它们的感知能力,并且将其运用到更实际的任务中。

 

“这些初步研究成果是令人兴奋的,证明了机器仅凭声音就能识别出物体类型,” 研究人员莱雷尔·平托(Lerrel Pinto)表示,“这样一来,机器人执行任务的时候就可以更有针对性,比如学会区别对待空酒杯和满酒杯。”


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学焊接技术,有前途吗?
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6月29日,北京人民大会堂隆重举行了“七一勋章”颁授仪式,表彰一批为党和人民作出杰出贡献、创造宝贵精神财富的党员。在此次“七一勋章”获得者中,在焊工岗位奉献了50多年的艾爱国引起了全国人民的热烈关注。   焊工这个岗位,有些人并不陌生,但也有些人并不了解,每年中高考结束后,都有一大批年轻人想了解关于焊工的就业前景如何。今天,我们就来向大家介绍一下这个几乎所有工业制造企业都离不开的岗位以及简单谈谈焊接技术的发展趋势。   准确的来说,焊工是采用合适的焊接方式,合理的焊接工艺,适当的焊接设备,采用与母材同材质或不同材质的填充物甚至不采用填充物,用加热或者加压又或者既加热又加压的方式来将金属或非金属工件紧密连接的一个工种。     看一门技术有没有发展前景,首先要看和市场的切合度,能不能跟上时代发展?符不符合市场需求?未来发展趋势如何?当将这些想明白,调查清楚,再结合自身实际情况,做出理性决择。   01   什么是焊接?   焊接是这样定义的,焊接也叫熔接。通过加热或高温、高压方式结合金属或其他热塑性材料,如塑料的制造工艺和技术。   从以上定义可以看出,焊接不仅仅限于金属,还可以有非金属,如塑料等。也就是说焊接的范畴很广、种类很多、适用性很强、且和我们日常生活息息相关。   随着生产的发展,焊接广泛应用于航空、核工业、造船、建筑及机械制造等工业部门,在我国的经济发展中,焊接技术是一种不可缺少的加工手段。   02   焊接的种类     上图可以看出焊接主要分三大类,即熔焊、压焊、钎焊。   钎焊我们最常见的就是电烙铁型的锡焊,在一些电瓶电池终站接头、电子元件接头中,被经常应用。   压焊,在建筑工地的钢筋制作车间,经常可看到将一些钢筋连接起来的焊接方式,不需要添加其他焊材,通过加热、加压完成。   熔焊,这也是应用最广泛的焊接方法,最常见的有一一乙快焊(气焊)、电焊(手工电弧焊)、CO2保护焊、氩弧焊、埋弧自动焊、激光焊等离子焊等等。     03   焊接在市场中的应用   现代焊接技术,电焊,气焊是从国外发展起来后,传入我国的。   焊接涉及到工业制造,石油化工、桥梁、汽车、船舶、建筑安装等等、以及我们日常生活的方方面,就连家用装的门、防盗窗都需要通过焊接完成。   可以这么说,焊接用途正在越来越多样化、精细化、广泛化。     04   焊接发展趋势   近年来随着制造业的蓬勃发展,提高焊接生产的生产率,保证产品质量,实现焊接生产的自动化和智能化越来越受到焊接生产企业的重视。   现代智能控制技术、数字化信息处理技术、图像处理及传感器技术、高性能CPU芯片等现代高新技术的融入,使现代焊接技术取得了长足进步。   一些繁琐,效率低下的焊接方法将逐步退出,比如说气焊,由于其热影响较大,易造成工件变形,效率低,已基本退出主流市场,渐被自动焊、氩弧焊所淘汰。手工电弧焊也大有被越来越多形式的自动焊接、机器焊接所替代的趋势。 6月29日,北京人民大会堂隆重举行了“七一勋章”颁授仪式,表彰一批为党和人民作出杰出贡献、创造宝贵精神财富的党员。在此次“七一勋章”获得者中,在焊工岗位奉献了50多年的艾爱国引起了全国人民的热烈关注。 ▲图片来源央视新闻   焊工这个岗位,有些人并不陌生,但也有些人并不了解,每年中高考结束后,都有一大批年轻人想了解关于焊工的就业前景如何。今天,我们就来向大家介绍一下这个几乎所有工业制造企业都离不开的岗位以及简单谈谈焊接技术的发展趋势。   准确的来说,焊工是采用合适的焊接方式,合理的焊接工艺,适当的焊接设备,采用与母材同材质或不同材质的填充物甚至不采用填充物,用加热或者加压又或者既加热又加压的方式来将金属或非金属工件紧密连接的一个工种。     看一门技术有没有发展前景,首先要看和市场的切合度,能不能跟上时代发展?符不符合市场需求?未来发展趋势如何?当将这些想明白,调查清楚,再结合自身实际情况,做出理性决择。   01   什么是焊接?   焊接是这样定义的,焊接也叫熔接。通过加热或高温、高压方式结合金属或其他热塑性材料,如塑料的制造工艺和技术。   从以上定义可以看出,焊接不仅仅限于金属,还可以有非金属,如塑料等。也就是说焊接的范畴很广、种类很多、适用性很强、且和我们日常生活息息相关。   随着生产的发展,焊接广泛应用于航空、核工业、造船、建筑及机械制造等工业部门,在我国的经济发展中,焊接技术是一种不可缺少的加工手段。   02   焊接的种类     上图可以看出焊接主要分三大类,即熔焊、压焊、钎焊。   钎焊我们最常见的就是电烙铁型的锡焊,在一些电瓶电池终站接头、电子元件接头中,被经常应用。   压焊,在建筑工地的钢筋制作车间,经常可看到将一些钢筋连接起来的焊接方式,不需要添加其他焊材,通过加热、加压完成。   熔焊,这也是应用最广泛的焊接方法,最常见的有一一乙快焊(气焊)、电焊(手工电弧焊)、CO2保护焊、氩弧焊、埋弧自动焊、激光焊等离子焊等等。     03   焊接在市场中的应用   现代焊接技术,电焊,气焊是从国外发展起来后,传入我国的。   焊接涉及到工业制造,石油化工、桥梁、汽车、船舶、建筑安装等等、以及我们日常生活的方方面,就连家用装的门、防盗窗都需要通过焊接完成。   可以这么说,焊接用途正在越来越多样化、精细化、广泛化。     04   焊接发展趋势   近年来随着制造业的蓬勃发展,提高焊接生产的生产率,保证产品质量,实现焊接生产的自动化和智能化越来越受到焊接生产企业的重视。   现代智能控制技术、数字化信息处理技术、图像处理及传感器技术、高性能CPU芯片等现代高新技术的融入,使现代焊接技术取得了长足进步。   一些繁琐,效率低下的焊接方法将逐步退出,比如说气焊,由于其热影响较大,易造成工件变形,效率低,已基本退出主流市场,渐被自动焊、氩弧焊所淘汰。手工电弧焊也大有被越来越多形式的自动焊接、机器焊接所替代的趋势。
驼驮维保
2021-07-13
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