在美國，有超過200萬成年人每天都需要照顧者的幫助來吃飯。除了人類照顧者，科技也被開發出來提供協助。
例如，桌面和輪椅上的機器手臂已經被編程，可以幫助拿起食物並將其送到人類使用者的手中。
維吉尼亞理工大學的助理教授迪倫·洛西（Dylan Losey）組織了一個團隊，成員來自輔助機器人和計算機科學領域，探索為行動不便的人提供新技術的可能性。
他們的研究結果發表在arXiv上，這是一種受到摺紙啟發的工具，經過成功的人體試驗後誕生。這個名為Kiri-Spoon的工具，源自日本的摺紙藝術（kirigami），可以像叉子一樣抓取食物，也可以像湯匙一樣舀取食物。
洛西表示：“現有的機器人輔助進食系統使用標準的叉子和湯匙，但機器人很難靈活地操作這些餐具，並且無法穩定地將食物從盤子送到嘴裡。”
“我們想要創造一種新的餐具，讓機器人能夠更輕鬆地拿起、握住和送達食物。”
“同時，我們需要算法智能來仔細控制機器人並操作這個餐具。最重要的是，我們的解決方案必須是人們真正喜歡使用的系統。”
除了洛西，項目團隊還包括：
- 梅雅·基利（Maya Keely），首位作者，機械工程碩士生
- 布蘭登·法蘭科（Brandon Franco），本科機械工程專業學生
- 凱西·格羅索夫（Casey Grothoff），本科機械工程專業學生
- 拉賈特·庫馬爾·詹馬尼（Rajat Kumar Jenamani），康奈爾大學的博士生
- 塔波馬尤克·巴塔查爾吉（Tapomayukh Bhattacharjee），康奈爾大學的助理教授
- 赫蘭·內姆雷卡（Heramb Nemlekar），維吉尼亞理工大學的博士後研究員
為有幫助的機器人開發新工具
洛西在輔助機器人方面有著豐富的背景，領導著利用人工智慧和機器學習來適應各種任務的機械助手軟體的項目。
在這個項目中，他的團隊將機器人智能應用於物理工具，最終將計算機硬體與創新的機械餐具結合起來——“餐具”這個詞是指湯匙、叉子等用來吃飯的工具，通常稱為“餐具”。
洛西表示：“當我們開始這個項目時，團隊知道最佳解決方案應該結合硬體和軟體的改進。好的工程解決方案應該同時具備這兩者。”
因此，洛西的團隊與康奈爾大學的塔波馬尤克·巴塔查爾吉的團隊合作。洛西實驗室的學生負責餐具的機械開發，而康奈爾團隊則提供了指導機器人如何移動餐具的程式碼。
首位作者梅雅·基利表示：“我們花了很多時間進行頭腦風暴。我們想要一個看起來像普通湯匙的東西，這樣使用者會感到舒適和熟悉。”
“但我們也知道機器人使用基本的叉子和湯匙會有困難，因此我們需要一個能夠穩固握住食物的工具，即使機器人傾斜、快速移動或改變方向。經過多次試驗和錯誤，我們最終得到了我們的摺紙設計。”
Kiri-Spoon由一種與紙張厚度相似的平面3D打印塑料製成。單獨看，它看起來像一個標準的湯匙。
當摺紙片的兩端伸展時，這個2D的片狀物變成一個3D的碗，可以夾住和包裹食物；在將食物送到使用者時，這個片狀物會縮回到正常的湯匙形狀，由機器人控制其伸展。
追求舒適感
洛西表示：“工程實際上只是故事的一半。這應該是一個幫助無法自己進食的人的輔助系統。為了提出有效的解決方案，我們需要與實際用戶合作，了解他們真正需要什麼。”
基利、法蘭科和格羅索夫將原型帶到了位於里士滿的維吉尼亞之家（The Virginia Home），這是一個為有不可逆身體殘疾的居民提供服務的中心。
基利表示：“進行用戶研究並與維吉尼亞之家居民討論我們的想法讓我們大開眼界。”
“我們有一些從工程角度看起來很棒的解決方案，但當用戶試用時，它們完全失敗了。來自用戶和照顧者的反饋真的指導了我們的過程。”
雖然機器人能夠使用餐具並送達食物，但居民告訴研究人員，支撐摺紙片的金屬環並不太舒適。
格羅索夫表示：“當他們指出這一點時，這是顯而易見的。但這並不是我們自己會想到的。”
團隊成員回到實驗室，將金屬環更換為一種用食品安全塑料包覆的鎳鈦合金線。這種線材提供了額外的靈活性，使其設計比原來的更好，第二輪測試也取得了成功。
內姆雷卡表示：“我們的新Kiri-Spoon設計更舒適且功能更強大，但人們使用這項技術進食仍然需要時間。”
“進食是日常生活中不可或缺的一部分，我們希望我們的努力能使這個過程對有殘疾的人來說更加順利，並在他們的日常生活中產生積極的影響。”
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