Maya Cakmak 构建可教学机器人以帮助人类

华盛顿大学副教授 Maya Cakmak 正在研究新一代机器人，它们不仅可以被训练来抓取和处理重物，还能在需要时向人类寻求帮助。

通过 UW + 某中心科学中心，这位华盛顿大学副教授兼科学中心咨询委员会成员正致力于实现一个机器人与人类在任务上协作的未来。

某中心率先在订单履约中使用机器人。每天，履约中心内的机器人队伍运送满载重物的货柜，协助员工完成体力要求高的任务。自某中心十多年前开始部署这些机器人以来，它们已经取得了长足进步，但从这些系统与人类的互动方式中，我们仍有许多可学之处。

Maya Cakmak 正在帮助探索这些开放性问题。通过 UW + 某中心科学中心（一个设于华盛顿大学艾伦计算机科学与工程学院的研究合作项目）支持的工作，Cakmak 正在研究新一代机器人，它们可以被训练来不仅抓取和处理重物，还能在需要时向人类寻求帮助。“我专注于制造能够与人互动并完成日常任务的机器人，”她解释道。

Cakmak 正帮助应对履约过程中最具挑战性的部分：拣选和存放。在一个复现某中心某些履约中心场景的华盛顿大学机器人实验室里，Cakmak 和她的团队构建了原型机器人，可以将机械臂伸入紧凑的存储区域，操纵和抓取物品，并将其从周围杂乱的物体中提取出来。目标是探索机器人和人类如何在具有挑战性的任务中相互协助，同时确保每次都获得正确的结果。

人机交互

Cakmak 的职业生涯一直处于人机交互的前沿，这是一个专注于设计和制造能够被人类“训练”并与人类互动以协助完成特定、有时是个人化任务的机器人领域。她的开创性工作始于帮助残障人士。

“我主要专注于执行物理任务的机器人，”Cakmak 说，“无论是为视障或听障人士，还是有认知挑战或身体障碍的人士——任何限制他们接触物理世界的情况。”她指出流行的扫地机器人是一个很好的例子，因为它不仅能移动，还能执行一项任务——吸尘——这对任何人来说都可能是件琐事，对残障人士尤其如此。

Cakmak 最具启发性的人机交互项目之一是她为四肢瘫痪、需要协助才能完成家中日常任务的 Henry Evans 设计的机器人和软件界面。仅用他的眼球运动和几次手指点击，Henry 就可以使用 Cakmak 帮助设计的界面来指示他家的机器人协助喂食和操作设备。

在过去三个夏天，Cakmak 所在的跨学科团队使 Henry 能够独立进食、协助家务，甚至亲自参与社交互动，例如与家人打牌或与孙辈玩耍。与 Henry 的合作激发了 Cakmak 实验室的新研究项目，包括开发一个工具包，用于创建完全可定制的界面，以满足每位独特用户的具体需求和偏好。该工具包在某个中心项目的早期阶段被用于快速测试通过人类操作员在回路中来处理更具挑战性的拣选任务的可行性。

对机器人学的热情

Cakmak 出生在比利时，在土耳其长大，从小就热爱数学，高中时参加过数学奥林匹克竞赛。在中东技术大学，她获得了电气和电子工程学士学位，培养了对工程学以及用数学解决现实世界问题的热情。她对机器人学的兴趣源于一个高级顶点项目，该项目涉及建造一个能爬上比自己还高的楼梯的机器人。

随着她继续在中东技术大学深造，获得了计算机工程硕士学位，并领导了几个机器人研究项目，这一兴趣加深了。她于 2007 年前往美国，在佐治亚理工学院攻读机器人学博士学位，专攻人机交互。

获得博士学位后，Cakmak 联系了 Willow Garage 的机器人专家，这是一个开创性的机器人研究实验室和技术孵化器，为个人机器人应用开发硬件和开源软件。她最初以“最资深的实习生”身份加入，她打趣道，但公司很快任命她为博士后研究员，她得以与一些该领域的顶尖机器人专家一起继续研究现实世界的机器人应用。

出于留在学术界的强烈愿望，Cakmak 在 Willow Garage 工作期间申请了教授职位。2013 年，她获得了梦寐以求的工作，成为艾伦学院的助理教授，并于 2019 年晋升为副教授，继续她在人机交互领域的工作，并帮助激励下一代机器人专家。

Cakmak 在华盛顿大学的早期研究专注于开发可由最终用户教授或编程的机器人。虽然这种方法避免了构建具有通用能力机器人的巨大挑战，但也提出了一个更以人为本的挑战：让非机器人专家或软件开发人员能够对机器人进行编程。为了实现这一目标，Cakmak 和她在“以人为中心机器人实验室”的团队与最终用户密切合作，开发和评估新工具。该实验室的使命宣言要求开展“专注于最终用户机器人编程、机器人工具使用和辅助机器人”的项目。

几年前，该实验室的工作开始引起某中心机器人研究人员的注意。Cakmak 在人机交互方面的专业知识，以及她高度多样化的团队在某中心机器人挑战赛中的参赛作品，引起了某中心机器人部门首席应用科学家 Michael Wolf 的注意。Cakmak 在人际机器人软件界面方面的工作，包括她为 Henry 构建的界面，给团队留下了深刻印象。

“她是一位出色的全栈机器人专家，并且拥有人机交互的深厚背景，”Wolf 说。“这些技能使她成为领导这项研究的绝佳人选。我们致力于投资科学界，并通过多种方式实现这一点。支持 Maya 的工作——它既有科学价值，又有众多潜在的社会效益——是这些努力之一。”

人类在回路

部署能够快速识别海量物品、从密集堆放空间中抓取并取出单个物品的机器人是一项巨大的挑战，尤其是在某中心的规模下。

“出现极端情况和故障是不可避免的，”Cakmak 说。“那么我们如何才能将人类纳入回路以减少错误呢？这就是我在项目开始时的提议，即加入一个人力参与的部分。”

Wolf 指出，虽然原型机器人可以成功抓取某中心的大部分物品而不会出错，但他和 Cakmak 都认为，要在生产中取得成功，将需要人类和机器人之间更大的协作，这归因于某中心商品目录中物品的巨大多样性。

以书籍为例。为了提高效率，书籍被密集堆叠在一起，这使得机器人难以识别正确的书籍、抓取它并将其从书架上滑出。但在人类远程操作员的帮助下，机器人可以从上方轻轻地将书滑出，使其更容易抓取。

“机器人的能力存在局限性，”Cakmak 说。“我们已经证明，人类操作员可以利用他们更精细的感知和智能来帮助机器人完成更复杂的任务。”该团队还在致力于开发新方法，使机器人能够随着时间的推移向人类操作员学习。

广泛的影响

Wolf 指出，Cakmak 和科学中心团队正在进行的工作具有更广泛的应用前景，这一事实与该中心致力于解决科学和工程中艰巨挑战的使命相符。

“在科学中心开始合作时，我们不仅考虑技术缺口在哪里，还考虑是否存在一个非常困难、现实世界的问题，但可能没有得到太多关注，”Wolf 评论道。“最好，这些问题陈述能与学术界产生广泛共鸣，并激发我们合作之外领域的热情。”

“我们经常谈论让机器人做它们擅长的事，让人类做他们擅长的事，”Wolf 继续说道。“现在，Cakmak 正在帮助定义这个新的交叉领域。”

此外，Cakmak 指出，科学中心工作的实际应用使她这样的学者受益匪浅。

“我认为在机器人学领域，我们有点文化倾向去制造机器人能够解决的问题，”她说。“所以你会看到机器人打乒乓球、用筷子。我们喜欢挑战自己，制作一些很酷的东西，而没有真正考虑应用。我真的很喜欢某中心的工作扎根于一个真实的问题，并将产生真正的影响。”
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