全球首台5G的遠端紋身機問世!利用光學追蹤結合C++打造

全球首台5G的遠端紋身機問世!利用光學追蹤結合C++打造

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疫情之下,5G的發展讓遠端工作變得逐漸成熟。比如說,有人在遠端辦公,有人在遠端理髮,還有人在遠端…紋身??是的,你沒有看錯,現在紋身也能遠端完成。

根據報導,這個專案是由荷蘭紋身藝術家韋斯·湯瑪士(Wes Thomas)和倫敦技術專家諾艾爾·德魯(Noel Drew)聯合進行的,這台配備有微型針5G動力機械臂的遠端紋身機也是世界首台!

最近荷蘭女演員史泰恩·佛蘭森(Stijn Fransen)也十分熱心地參與了整個專案中,率先體驗了遠端紋身的效果。

全球首台5G的遠端紋身機問世!利用光學追蹤結合C++打造

可以看到,一邊是史泰恩和機器臂,一邊是韋斯和假人手臂。 

德魯在接受採訪時表示:「建造的每個零件都經過了仔細的考慮,有的直接購買,或是完全從頭開始設計、開發和製造的。」 

要讓機器臂無限接近於畫家的手

首先,讓我們從這個紋身機器人這個概念的背景開始說起。

最初的創意其實是來自創意機構Anomaly Amsterdam,目的在通過遠端紋身來測試T-Mobile的5G技術。

對於專案的主導者之一德魯來說,這應該算不上太難,畢竟之前他就有了與機器人技術共同工作的經驗了。不過要將其與紋身相結合,他還是頭回聽到。

一旦決定了要往這個方向努力,德魯表示,他們就開始仔細考慮如何構建機器人的每個部分,有時需要專門購買一些零件,有些則需要從頭開始,在內部進行設計、開發和製造。

理想效果下,這個機器臂在四肢關節方面,最好可以無限接近於畫家的手。也正是考慮到這點,他們經過多方比較,最終選擇了Universal Robots UR3e作為基礎,開發了末端執行器,並在內部安裝。

UR平台非常直觀和靈活,使用者可以立即進行安裝、運行和校準,很好上手,不過挑戰還在於如何使其與藝術家同步即時運行。

在長達六週的開發過程中,德魯表示,他需要橫跨軟體和硬體實現多條開發軌道,不斷迭代設計和原型製作,3D印表機也是幾乎「007」一樣地工作著。

現在回想起來,每天都有一點進步,當然有時也會倒退。在這個過程中,他們會先進行測試,再進行更多測試,然後進行更多更多測試。在測試週期中,提前準備好的胡桃南瓜都被破壞得體無完膚。

用C++和光學追蹤,完成校準等複雜工作

校準機器人手臂是一個麻煩複雜的工作

德魯表示,此前的工作經驗讓他以一種公平的方式去瞭解機器方面的東西,但在與紋身藝術家韋斯的合作過程中,他感到這些東西在令人著迷的同時也相當令人恐懼。

從簡單解決方案的小事,到出現更大問題的紋身基本方面,還有更多需要考慮的方面。例如,我的假設,紋身機會像鋼筆一樣,有墨的儲存庫,它們需要像舊羽毛筆一樣浸入到墨中,那麼就不得不為機器人開發某種輸送系統,好讓其能夠更自如地工作。

另一個挑戰是,紋身師在根據應用的設計部分使用針之前,需要在不同方向拉伸皮膚。

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從技術上要追蹤韋斯的手部運動,並檢測韋斯何時與假練習手臂表面接觸並透過網路傳輸此數據,第一個挑戰就是繪製幾何圖形。

為此,他們使用了Azure Kinect DK開發套件,將一個感測器安裝在韋斯上方的框架上,另一個感測器安裝在機械手臂的末端執行器上。

首先,在沒有手臂時,對工作區域進行濾波掃瞄,其次將手臂放置在工作區域內,進行第二次掃瞄。通過兩次掃瞄得到的數據,相互減去一個點雲(point cloud),就得到代表假人和人類手臂的上表面。

下一步是將這些點雲轉換為碰撞檢測所需的表面幾何形狀。同時,他們對演算法進行了相應的調整,以識別圓柱形狀,這使他們能夠生成光滑的表面,並且還可以檢測到XY平面中的大致方向,因為兩端的兩個系統的XYZ空間未對齊。

在具體對機器臂的追蹤上,他們使用了一種基於3D手寫筆的光學追蹤方法,並開發了一個支架,可以將紋身機安裝在手寫筆上。

如此一來,只要確定了手寫筆筆尖位置,以及向量到針尖的偏移量和方向,就能完成對機器的追蹤。同時一旦鎖定了針的位置,也就能獲取碰撞點,將幾何圖形展開成平面,並透過5G將這個新的2D平面位置圖發送給機器人,然後機器人再將這些點重新進行3D包裝。

根據Drew透露,所有工作都是用C++編寫完成的,他還用其處理了Kinect感測器的掃瞄,以及引入的偏移量等數據。

 

安全同樣得到了保證

在安全性的保障上,從軟體觸發器到手動緊急停止按鈕,整個專案都有故障保險,一個在德魯手中,一個在機器人手中。安全是一個非常重要的考慮因素,很多人為檢查也是不可或缺的。

從技術上講,他們還推出了一種高精度的工業線性電位計,以檢測被紋身者手臂的表面並保持所需的針深度。萬一針刺得太深,這將起到故障保護的作用。

回想起專案初始,德魯表示,和韋斯碰頭時,他既感到懷疑又相當好奇。誠然,他對這個專案充滿深刻理解,尤其是想要機器紋身的難度以及所需要的複雜的技術和流程。「即使最初覺得這是不可能的,但我仍願意努力嘗試解決問題」。

荷蘭演員史泰恩·佛蘭森對這個專案也十分好奇,不僅從一開始就參與其中,還在機器人的啟動和校準等方面幫了很多忙,甚至還願意充當這個專案的「小白鼠」。但同時她又是那麼冷靜,這是不可思議的。

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我們都知道,許多紋身藝術家都是用直覺來感受皮膚表面和油墨之間的關係。這也讓德魯對人的皮膚有了更為深刻的瞭解,在專案中,他們要做到的,就是盡可能不以任何方式去阻礙或干涉這種系統。

其實,德魯一直都以極客著稱。在採訪中他也透露到,他們家第一台家用電腦是Amstrad CPC6128,他用BASIC編寫了一些任務控制「應用程式」,這些程式可以驅動故事情節,並讓他們知道何時受到外星人的攻擊。

長大後,在作為高級開發人員工作時,他第一次接觸到Arduino平台時,想到了《愛麗絲夢遊仙境》,「我在電子兔子洞裡,沒有回頭」。

「現在,我所做的很多事情都是關於某種形式的與身體的感覺互動。」

資料來源:

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