Společenský odstup a dohled robotů

Mohl by speciálně vyvinutý robot pomoci při sledování společenského odstupu? Mluvili jsme s profesorem Dineshem Manochou a s Adarshem Jaganem Sathyamoorthym z Marylandské univerzity o tom, jak může jejich nový robot fungovat.

 

Co inspirovalo Váš nejnovější výzkum týkající se covid-19 a společenského odstupu?

Naše skupina udělala hodně práce na robotické navigaci v přítomnosti více chodců a v přeplněných situacích. Když vypukla pandemie covid-19, naším cílem bylo využít robotickou navigační technologii k řešení mnoha výzev způsobených pandemií. Prozkoumali jsme literaturu, která se zabývala preventivními opatřeními vyžadovanými během pandemie, a identifikovali jsme společenský odstup jako významné doporučení v sociálním nebo veřejném prostředí. To nás inspirovalo k vývoji robotického systému, který by mohl monitorovat a podporovat společenský odstup na veřejných místech pomocí technologií AI. Tento robot může být nasazen bez jakéhokoli lidského dohledu.

 

Společenský odstup je doporučován pro snížení šíření covidu-19. Proč je důležité, aby lidé dodržovali pravidla tzv. sociálního distancování?

Výzkum v medicíně, simulace pandemií a úřad CDC důrazně doporučují společenský odstup, který má významný dopad na kontrolu šíření nemoci. Přitom je efektivní a snadno proveditelný. Vědecká komunita vypozorovala, že během pandemie se společenský odstup změnil.

 

Byly použity metody založené na technologiích, které pomáhají detekovat porušení společenského odstupu, např. s použitím WiFi nebo Bluetooth. Jaké problémy jsou spojené s těmito metodami a jak je Váš nový robot překonává?

Metody založené na WiFi a Bluetooth jsou přesné při zjišťování narušení společenského odstupu a náš přístup je doplňuje. Metody založené na WiFi a Bluetooth vyžadují vhodné technologie snímání a nelze je snadno nasadit ve všech typech prostředí (např. na veřejných místech nebo na izolovaných místech). Tyto metody také potřebují další infrastrukturu pro detekci. Naše metoda využívá vizuální přenos z hloubkové kamery v mobilním robotu a stávající infrastrukturu kamerového systému CCTV (pokud je k dispozici) k detekci narušení společenského odstupu. Kromě toho může robot autonomně navigovat a komunikovat s lidmi a povzbuzovat je k udržování odstupu. Robot má také termokameru, takže termosnímky lze případně přenést bezpečnostním nebo zdravotnickým pracovníků. Pokud je v určité lokalitě detekován jedinec s mnohem vyšší teplotou, než je průměr (příznaky horečky), mohou zdravotníci či bezpečnostní pracovníci v budově diskrétně postupovat podle protokolů pro testování na covid-19 a sledování kontaktů. Nezaznamenáváme tváře ani identitu lidí – identita nebo symptomy jednotlivce (nebo jakékoli osobní údaje) nejsou uloženy ani přiřazeny.

 

Můžete popsat, jak jste navrhli a vyrobili svého nového robota pro sledování odstupu? A jak funguje?

Náš robot je navržen tak, aby sledoval chodce nebo lidi stojící na veřejných místech tím, že vyhodnocuje vzdálenosti mezi nimi. Pro tuto aplikaci používáme hloubkovou kameru. Pokud je určitá skupina lidí po určitou dobu blíže než 6 stop/1,8 m od sebe, náš robotický systém je automaticky klasifikuje jako skupinu. Pokud je detekováno více skupin, robot upřednostňuje skupiny v závislosti na tom, zda je skupina statická nebo mobilní, na počtu členů ve skupině, na sociální interakci mezi členy apod., a autonomně se obrací k chodcům ve skupině s nejvyšší prioritou, aby jim doporučil větší odstup. Pro autonomní navigaci používá náš robot senzor Lidar a náš navigační algoritmus založený na strojovém učení. Robot používá obrazovku k zobrazování zpráv určitým skupinám a termokameru, jejíž výstup mohou zdravotníci sledovat za účelem hledání symptomů.

Váš „covidový robot“ je také schopen roztřídit lidi porušující pravidla do různých skupin podle toho, zda jsou skupiny mobilní nebo stacionární. Jak to funguje?

Pomocí snímků z hloubkové kamery a stávajících nejmodernějších algoritmů pro sledování chodců můžeme odhadnout polohu a rychlost chodců kolem robota. Naše technika klasifikace skupin je založena na pozorování blízkosti mezi lidmi a chodci za určité období. Tyto vzdálenosti lze efektivně vypočítat z odhadované polohy a rychlosti osob. Robot slouží k poskytování upozornění příslušným osobám.

 

Jak by Váš robot mohl pomoci udržet bezpečí a potenciálně omezit šíření SARS-CoV-2?

Používání mobilního robota, který může využívat stávající infrastrukturu CCTV v budově, se používá k upozorňování lidí, kteří nedodržují sociální omezení. Kromě toho povzbuzuje a podporuje lidi, aby udržovali společenský odstup. Jiné metody sledování odstupu se liší, pokud jde o explicitní interakci s robotem. Jak bylo řečeno, robot také pomáhá při sledování kontaktů, protože má na palubě termokameru. Všechny tyto vlastnosti by pomohly omezit šíření nemoci. Věříme, že náš robot by mohl být dalším nástrojem pro zdravotníky a bezpečnostní pracovníky, který jim může zjednodušit pracovní zátěž.

 

Jaký další výzkum je třeba provést, než bude možné Vašeho robota použít k hlídání společenského odstupu v davu?

Věříme, že robot potřebuje schopnost být sociálně inteligentní a automaticky komunikovat s velkými davy. Pokyny ke společenskému odstupu jsou zmírněny pro skupiny sestávající z rodinných příslušníků, lidí ze stejné domácnosti, škol apod.. Náš současný systém postrádá schopnost identifikovat takové sociální skupiny ve všech scénářích. Snažíme se vymyslet algoritmy, které pomohou robotovi identifikovat takové skupiny a učinit jej sociálně inteligentnějším. Musíme také vyvinout lepší techniky pro interakci člověka a robota.

 

Hluboké učení ve vědě se v posledních několika letech rozšířilo. Jak důležité je hluboké učení pro vědecký pokrok? Pozorujete, že se hluboké učení stává stále důležitějším s tím, jak se technologie neustále vyvíjí?

Hluboké učení je oblíbená technika strojového učení, která měla významný dopad na mnoho aplikací včetně počítačového vidění, porozumění řeči, zpracování přirozeného jazyka, robotiky atd.. Často se používají v systémech autonomního řízení a asistentů řidiče, chytrých telefonech, zařízeních v internetu věcí atd.. Systémy hlubokého učení však potřebují dobré označené datové sady. Navíc k tréninku využívají vysoký výpočetní výkon a my potřebujeme vyvinout energeticky efektivní metody, které lze použít s malými a levnými zařízeními nebo mobilními roboty.

 

Jak vidíte budoucnost autonomních robotů ve vědě?

Vývoj mnoha autonomních robotů, jako jsou samořídící auta, sledovací drony nebo osobní roboti, je značně urychlen současným vývojem senzorových technologií, strojového učení, počítačového vidění, plánování pohybu a dalších. Mnoho společností vyvíjí osobní roboty, které lze použít pro domácí monitorování a jako sociální společníky. Je to jedna z nejslibnějších technologií s širokým uplatněním ve vědě a každodenních činnostech.

 

Jaké jsou další kroky pro Vás a Váš výzkum?

Náš nadcházející výzkum by se měl zaměřit na zlepšení interakce člověk-robot a zlepšení schopností sociální inteligence těchto robotů. Vyvíjíme také technologie robotické navigace nové generace, které nám umožní pracovat v komplexních situacích uvnitř i venku. A také musí tito roboti být bezpeční a přátelští, aby je společnost široce přijala. Mohou být použiti jako doručovací roboti nebo sociální roboti.