麻省理工學(xué)院研究人員結(jié)合RFID和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，探討商業(yè)化之道

麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室(MIT Media Lab)的研究人員重點(diǎn)利用RFID技術(shù)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，使機(jī)器人能夠探索身處的環(huán)境，以便定位和移動(dòng)可能看不見(jiàn)的目標(biāo)物品。該機(jī)器人系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行了多年的開(kāi)發(fā)、模擬和測(cè)試，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)更好地完成各類復(fù)雜的任務(wù)。

目前，該團(tuán)隊(duì)正計(jì)劃將這項(xiàng)研究商業(yè)化。

在尋求商業(yè)化過(guò)程中，研究人員一直在采訪潛在的客戶，并計(jì)劃一個(gè)可能的企業(yè)分拆。今年，該團(tuán)隊(duì)參與了由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)牽頭的I-Corps項(xiàng)目，以確定潛在的贊助商并規(guī)劃出第一個(gè)產(chǎn)品。

麻省理工學(xué)院副教授、媒體實(shí)驗(yàn)室首席研究員法德?tīng)枴ぐ⒌喜?Fadel Adib)說(shuō)：“這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)足夠成熟，可以將其從實(shí)驗(yàn)室?guī)氍F(xiàn)實(shí)世界?！?/p>

該機(jī)器人系統(tǒng)的RFID部分采用了研究人員稱之為RF感知的技術(shù)，包括現(xiàn)成的無(wú)源UHF RFID標(biāo)簽，以及安裝在機(jī)器人環(huán)境中的RFID閱讀器和專用天線。當(dāng)物品不可見(jiàn)時(shí)，機(jī)器人利用RFID識(shí)別物品及其具體位置。數(shù)據(jù)分析軟件可以通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人關(guān)注自己面前的物品，確定需要移動(dòng)或?qū)Ш降奈锲?，并?jù)此采取相應(yīng)行動(dòng)。

研究人員說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)可以用于制造商、零售商或倉(cāng)庫(kù)的物品分類、揀選或放置。

該機(jī)器人的設(shè)計(jì)主要有兩種應(yīng)用方案。一是監(jiān)控貨物在倉(cāng)庫(kù)中的移動(dòng)，這些貨物需要根據(jù)客戶的訂單進(jìn)行挑選和包裝。傳統(tǒng)上，這需要員工在過(guò)道里來(lái)回移動(dòng)，打開(kāi)箱子，找到指定的物品，然后裝進(jìn)集裝箱里。有了RFID技術(shù)，機(jī)器人可以識(shí)別指定的箱子或特定貨架上的物品，然后抓取該物品并確認(rèn)其放置位置。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的是為了防止出錯(cuò)，這意味著公司可以最大限度地降低由于發(fā)貨錯(cuò)誤而導(dǎo)致的退貨率。

二是用于固定區(qū)域內(nèi)復(fù)雜、擁擠的環(huán)境，例如對(duì)退回的貨物進(jìn)行分類處理的專用區(qū)域。這里的機(jī)器人可以設(shè)計(jì)用來(lái)對(duì)一堆產(chǎn)品進(jìn)行分類和識(shí)別，將不需要的或優(yōu)先級(jí)較低的物品移到一邊，然后取走它所尋找的標(biāo)記物品并放進(jìn)一個(gè)箱子里進(jìn)行裝運(yùn)。

阿迪布說(shuō)，盡管許多公司使用機(jī)器人來(lái)識(shí)別和移動(dòng)貨物，但“我們關(guān)注的是最后一英里、最后一米，這是一個(gè)非常復(fù)雜的部分，需要識(shí)別并找到一個(gè)指定的物品”。

麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室研究助理、RF-Grasp項(xiàng)目的學(xué)生導(dǎo)師塔拉·博魯夏基(Tara Boroushaki)說(shuō)，傳統(tǒng)上，機(jī)器人在擁擠的環(huán)境中很難定位和抓取物品。雖然計(jì)算機(jī)視覺(jué)可以幫助機(jī)器人了解眼前的東西，但如果它要找的貨物放在箱子里或被貨架上的另一個(gè)物體擋住，機(jī)器人的可靠性就會(huì)降低。

麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室四年來(lái)一直致力于RFID技術(shù)，包括RFID和計(jì)算機(jī)視覺(jué)解決方案，例如創(chuàng)建用于機(jī)器人的高精度UHF RFID、用RFID創(chuàng)新檢測(cè)食品安全等。該實(shí)驗(yàn)室的TurboTrack系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成在不到一厘米的范圍內(nèi)精確定位UHF RFID標(biāo)簽。

為了實(shí)現(xiàn)高精度定位，該系統(tǒng)至少使用了三個(gè)RFID天線，這些天線以800~900 MHz的頻率向UHF閱讀器發(fā)送短脈沖，UHF閱讀器則發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的902~928 MHz傳輸來(lái)詢問(wèn)標(biāo)簽。然后，麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室的軟件利用人工智能，根據(jù)每個(gè)標(biāo)簽對(duì)詢問(wèn)和天線脈沖的反應(yīng)來(lái)識(shí)別其具體位置。

團(tuán)隊(duì)在TurboTrack上的早期開(kāi)發(fā)促成了這一個(gè)最新的項(xiàng)目，即將機(jī)器學(xué)習(xí)用于計(jì)算機(jī)視覺(jué)和RFID，以幫助機(jī)器人像人類一樣定位物體。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的這套系統(tǒng)由一個(gè)機(jī)械臂和一只抓手組成，手腕上有一個(gè)攝像頭。博魯夏基說(shuō)，在過(guò)去的一年中，實(shí)驗(yàn)室一直在模擬機(jī)器學(xué)習(xí)，以便更好地管理數(shù)據(jù)，從而確保機(jī)器人能夠以融合的方式分析RFID和視覺(jué)技術(shù)。

在典型部署中，機(jī)器人使用RFID識(shí)別目標(biāo)物體的位置，然后捕捉RGB-D(顏色和深度)圖像，創(chuàng)建一個(gè)基于攝像頭的3D環(huán)境模型。軟件將RFID定位與該模型融合，機(jī)械臂在抓取范圍內(nèi)移動(dòng)。它識(shí)別它所抓取的帶有RFID標(biāo)簽的物品，并將其移動(dòng)到適當(dāng)?shù)奈恢萌缓蠓畔隆?/p>

有了RFID，機(jī)器人可以知道它是否抓取了一個(gè)沒(méi)有標(biāo)簽的物品(因?yàn)槟繕?biāo)標(biāo)簽不會(huì)被認(rèn)為移動(dòng)了)，也可以知道它是否抓錯(cuò)了物品(因?yàn)殄e(cuò)誤的RFID標(biāo)簽會(huì)移動(dòng))。機(jī)器人可以將它確定沒(méi)有目標(biāo)標(biāo)簽ID的任何物品放在一邊。

目前，許多公司都在尋找機(jī)器人定位商品的解決方案，以取代人類挑選和移動(dòng)商品的需要，且機(jī)器人將使操作更加高效和安全。博魯夏基說(shuō)，問(wèn)題是如何讓機(jī)器人找到它看不到的東西。她自2019年秋季以來(lái)一直主導(dǎo)這項(xiàng)工作，并于去年10月完成了該項(xiàng)目。

該實(shí)驗(yàn)室在COVID-19疫情期間首次測(cè)試了模擬環(huán)境，整個(gè)疫情隔離期長(zhǎng)達(dá)4個(gè)月。博魯夏基說(shuō)：“我們開(kāi)發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)，可以避開(kāi)障礙物，并模擬向目標(biāo)物體移動(dòng)。”隨后研究人員在他們的機(jī)器人上測(cè)試了這個(gè)系統(tǒng)，并發(fā)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)工具能良好地運(yùn)行。她補(bǔ)充說(shuō)：“開(kāi)發(fā)結(jié)合了運(yùn)行在真實(shí)系統(tǒng)上的模擬模型?！?/p>

該項(xiàng)目采用了Universal Robots的UR5機(jī)械臂，并結(jié)合了Intel攝像機(jī)。實(shí)驗(yàn)室使用了現(xiàn)成的RFID標(biāo)簽設(shè)計(jì)并構(gòu)建了其專用的RFID閱讀器系統(tǒng)。阿迪布報(bào)告稱，團(tuán)隊(duì)已開(kāi)始與行業(yè)人士討論這項(xiàng)技術(shù)，如Toppan Printing公司和一些服裝行業(yè)的主要用戶，這些用戶可能是主要受益者。下一步團(tuán)隊(duì)希望可以在真實(shí)世界進(jìn)行試點(diǎn)。

阿迪布說(shuō)：“我們的商業(yè)化方案就像研究，它需要一種敏捷的方法來(lái)快速試驗(yàn)、迭代和適應(yīng)?！痹搱F(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)，這項(xiàng)技術(shù)將應(yīng)用于制造、零售和物流行業(yè)，并最終應(yīng)用于消費(fèi)者家庭中。阿迪布補(bǔ)充說(shuō)，疫情加速了機(jī)器人管理供應(yīng)鏈中貨物流動(dòng)的需求，同時(shí)也加快了滿足這些需求的技術(shù)開(kāi)發(fā)。