NRI: Collaborative Research: Towards Robots with Human Dexterity

NRI:协作研究:迈向具有人类灵活性的机器人

基本信息

  • 批准号:
    1637854
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-01-01 至 2020-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Despite vastly slower "hardware" and "wetware," human dexterity vastly out-performs modern robots. This project studies apparently-simple tasks - managing the kinematic constraint on hand motion required to open a door; and dealing with the dynamic complexity of liquid sloshing in a cup of coffee - that profoundly challenge robots but humans perform with ease. The key idea is that humans manage skillful physical interaction with these objects by exploiting clever combinations of primitive dynamic actions that do not require continuous intervention. A novel theory to describe the effectiveness of this approach is developed and tested by experiments with human subjects. The theory is applied to transfer comparable skill to robots, despite manifestly different hardware. If successful, these robots will be more capable, more comprehensible, and more collaborative partners with humans.The central experimental challenge is to determine the essential strategy underlying humans? remarkable competence in physical interaction tasks. Three hypotheses reflecting major themes in contemporary motor neuroscience are tested: Humans 1) develop models of object dynamics sufficient to pre-compute and execute required hand motions (similar to modern robot programming); 2) choose forces and motions to minimize muscular effort (similar to optimizing efficiency); or 3) exploit dynamic primitives to robustly achieve satisficing (good-enough) performance. The theoretical challenge is to formulate a coherent account combining the information-processing of brains (or computers) with the "energy-processing" of physical objects and their interactions. Classical equivalent circuit theory is re-purposed to define a neo-classical equivalent network theory, combining dynamic motion primitives with mechanical impedances (interactive dynamics). Mechanical impedances enjoy a key property, compositionality, that overcomes the curse of dimensionality.
尽管“硬件”和“湿件”速度慢得多,但人类的灵巧性大大超过了现代机器人。该项目研究看似简单的任务-管理开门所需的手部运动的运动学约束;以及处理一杯咖啡中液体晃动的动态复杂性-这对机器人提出了深刻的挑战,但人类可以轻松完成。关键的想法是,人类通过利用不需要持续干预的原始动态动作的巧妙组合来管理与这些对象的熟练物理交互。一个新的理论来描述这种方法的有效性,并与人类受试者的实验进行了测试。该理论被应用于将类似的技能转移给机器人,尽管硬件明显不同。如果成功,这些机器人将更有能力,更容易理解,更与人类合作的伙伴。在物理互动任务中表现出色。测试了反映当代运动神经科学主要主题的三个假设:人类1)开发足以预先计算和执行所需手部运动的对象动力学模型(类似于现代机器人编程); 2)选择力和运动以最大限度地减少肌肉努力(类似于优化效率);或3)利用动态原语来鲁棒地实现令人满意的(足够好的)性能。理论上的挑战是,要将大脑(或计算机)的信息处理与物理对象的“能量处理”及其相互作用结合起来,形成一个连贯的解释。经典等效电路理论被重新定义为新古典等效网络理论,将动态运动基元与机械阻抗(交互动力学)相结合。机械阻抗有一个关键的特性,即组合性,它克服了维数灾难。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Control of goal-directed movements within (or beyond) reach?
控制目标导向的运动在(或超出)范围内?
  • DOI:
    10.1016/j.plrev.2019.03.016
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    11.7
  • 作者:
    Sternad, Dagmar;Hogan, Neville
  • 通讯作者:
    Hogan, Neville
Dynamic primitives and optimal feedback control for the manipulation of complex objects.
用于操纵复杂对象的动态基元和最佳反馈控制。
Separating neural influences from peripheral mechanics: the speed-curvature relation in mechanically constrained actions
  • DOI:
    10.1152/jn.00536.2019
  • 发表时间:
    2020-05-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Hermus, James;Doeringer, Joseph;Hogan, Neville
  • 通讯作者:
    Hogan, Neville
Transient Behavior and Predictability in Manipulating Complex Objects
操纵复杂对象时的瞬态行为和可预测性
Human control of complex objects: optimization or submovements with impedance?
人类对复杂物体的控制:优化还是带有阻抗的子运动?
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Dagmar Sternad其他文献

Robot Motion Affects Human Force Regulation in Physical Human-Robot Interaction
机器人运动影响人机物理交互中的人力调节
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Mahdiar Edraki;Pauline Maurice;Dagmar Sternad
  • 通讯作者:
    Dagmar Sternad
Hand pose selection in a bimanual fi ne-manipulation task
双手精细操作任务中的手部姿势选择
  • DOI:
    10.1140/epjb/e2007-00333-x
  • 发表时间:
    2007
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Kunpeng Yao;Dagmar Sternad;A. Billard
  • 通讯作者:
    A. Billard
Learning and transfer of complex motor skills in virtual reality: a perspective review
Time-warping analysis for biological signals: methodology and application
生物信号的时间扭曲分析:方法与应用
  • DOI:
    10.1038/s41598-025-95108-5
  • 发表时间:
    2025-04-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.900
  • 作者:
    Aleksei Krotov;Reza Sharif Razavian;Mohsen Sadeghi;Dagmar Sternad
  • 通讯作者:
    Dagmar Sternad
Modeling of a Bullwhip Using a NARX Network for Robot Control
使用 NARX 网络进行机器人控制的牛鞭建模
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Mahdiar Edraki;Reza Sharif;Mohsen Sadeghi;A. Krotov;Dagmar Sternad
  • 通讯作者:
    Dagmar Sternad

Dagmar Sternad的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Dagmar Sternad', 18)}}的其他基金

Collaborative Research: SCH: Movement as a Vital Sign in Preterm Infants
合作研究:SCH:运动作为早产儿的生命体征
  • 批准号:
    2123972
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Emergent motor timing influences perceptual timing
合作研究:紧急运动时间影响知觉时间
  • 批准号:
    2043318
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Learning to Control Dynamically Complex Objects
协作研究:学习控制动态复杂对象
  • 批准号:
    1825942
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CRCNS US-German-Israeli Collaborative Research Proposal: Hierarchical Coordination of Complex Actions
CRCNS 美国-德国-以色列合作研究提案:复杂行动的分层协调
  • 批准号:
    1723998
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
EAGER/Collaborative Research: Challenging the Cognitive-Control Divide
EAGER/协作研究:挑战认知控制鸿沟
  • 批准号:
    1548514
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Dynamics of Action and Perception in a Rhythmic Task
有节奏的任务中行动和感知的动态
  • 批准号:
    0904464
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Dynamics of Action and Perception in a Rhythmic Task
有节奏的任务中行动和感知的动态
  • 批准号:
    0450218
  • 财政年份:
    2005
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Discrete and Rhythmic Dynamics in Multipoint Movements
多点运动中的离散和节奏动力学
  • 批准号:
    0096543
  • 财政年份:
    2001
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Conference Progress in Motor Control-II: August 1999: University Park, PA
电机控制会议进展-II:1999 年 8 月:宾夕法尼亚州大学公园
  • 批准号:
    9813994
  • 财政年份:
    1999
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Multi-Joint Dynamics: A Model for Discrete and Rhythmic Coordination Tasks
多关节动力学:离散和节奏协调任务的模型
  • 批准号:
    9710312
  • 财政年份:
    1997
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Continuing Grant

相似海外基金

NRI/Collaborative Research: Robotic Disassembly of High-Precision Electronic Devices
NRI/合作研究:高精度电子设备的机器人拆卸
  • 批准号:
    2422640
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NRI/Collaborative Research: Robust Design and Reliable Autonomy for Transforming Modular Hybrid Rigid-Soft Robots
NRI/合作研究:用于改造模块化混合刚软机器人的稳健设计和可靠自主性
  • 批准号:
    2327702
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: NRI: Understanding Underlying Risks and Sociotechnical Challenges of Powered Wearable Exoskeleton to Construction Workers
合作研究:NRI:了解建筑工人动力可穿戴外骨骼的潜在风险和社会技术挑战
  • 批准号:
    2410255
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NRI: FND: Collaborative Research: DeepSoRo: High-dimensional Proprioceptive and Tactile Sensing and Modeling for Soft Grippers
NRI:FND:合作研究:DeepSoRo:软抓手的高维本体感受和触觉感知与建模
  • 批准号:
    2348839
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: NRI: Reducing Falling Risk in Robot-Assisted Retail Environments
合作研究:NRI:降低机器人辅助零售环境中的跌倒风险
  • 批准号:
    2132936
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NRI/Collaborative Research: Robust Design and Reliable Autonomy for Transforming Modular Hybrid Rigid-Soft Robots
NRI/合作研究:用于改造模块化混合刚软机器人的稳健设计和可靠自主性
  • 批准号:
    2133019
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: NRI: Remotely Operated Reconfigurable Walker Robots for Eldercare
合作研究:NRI:用于老年护理的远程操作可重构步行机器人
  • 批准号:
    2133075
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: NRI: Integration of Autonomous UAS in Wildland Fire Management
合作研究:NRI:自主无人机在荒地火灾管理中的整合
  • 批准号:
    2132798
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NRI/Collaborative Research: Robot-Assisted Feeding: Towards Efficient, Safe, and Personalized Caregiving Robots
NRI/合作研究:机器人辅助喂养:迈向高效、安全和个性化的护理机器人
  • 批准号:
    2132847
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: NRI: Reducing Falling Risk in Robot-Assisted Retail Environments
合作研究:NRI:降低机器人辅助零售环境中的跌倒风险
  • 批准号:
    2132937
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了