耗资 200 万美元的“机器人助手”项目旨在重塑建筑业

一名 UM 研究生操作着一个 KUKA 机器人，类似于 Carol Menassa 的机器人学徒研究中使用的机器人。这个 200 万美元的项目旨在使机器人能够向人类建筑工人学习并与之合作。图片来源：Robert Coelius

为了让机器人能够在建筑工地上向人类合作伙伴学习，美国国家科学基金会将向密歇根大学领导的研究团队提供 200 万美元。

预计机器人将使全球建筑业更安全，对工人更具吸引力，缓解美国的工人短缺问题

几十年来，建筑一直是最危险、效率最低的人类活动之一。它在生产力方面远远落后于经济的其他部分，并且难以吸引工人从事通常被认为是繁重的工作。密歇根大学工程学院和陶布曼建筑与城市规划学院的研究人员与佛罗里达大学和华盛顿州立大学合作，希望改变这种状况。

研究团队的首席首席研究员、密歇根大学土木与环境工程副教授Carol Menassa解释说，如果建筑业要从重塑其他行业的生产力提高中受益，那么在建筑工地使用自动化和机器人技术至关重要，例如制造业。

“与工厂这样的环境相比，建筑更具动态性和不可预测性，因此我们正在努力重新定义人类和机器人工人之间的平衡，”她说。“人类和机器人需要共存，这是我们现在所做工作的前提。”

这个为期三年的项目将把人类与“交互式机器人助手”配对，后者可以通过观察和聆听向人类学习——就像人类学徒一样。机器人最终可以使建筑工作对人类来说不那么危险和费力，同时仍然使我们能够发号施令并解决问题。

到项目结束时，该团队计划提供一个机器学习系统，该系统将通过自然交互实现学习，以及一系列免费提供的教育工具，以培训人类工人有效地使用这些系统。该项目还包括与 K-12 学校的外展活动，以提高对改造后的建筑领域所带来的新机会的认识和兴趣。

Barton Malow 已经在一些工地使用了简单的机器人，例如帮助工人放置挡土墙块的 MULE。该公司是 UM 牵头的 200 万美元项目的合作者，该项目旨在使机器人能够向人类建筑工人学习并与之合作。图片来源：建筑机器人

在这个未来愿景中，机器人将完成体力繁重的任务，例如举起砖块或移动石膏板，而人类可以找出完成特定任务的最佳方式或在建筑结构需要偏离时进行调整。原计划。该研究团队已经开发出一个实验系统，使人类和机器人能够在简单的任务上进行协作，例如放置干墙板和天花板瓷砖。

“除了对建筑行业的直接好处外，这项研究还有可能对我们的建筑环境产生更广泛的影响，”该项目的联合首席研究员兼麻省理工学院 A. Alfred Taubman 的助理教授Arash Adel说建筑与城市规划学院。

“通过利用机器人的能力，例如根据建筑物的数字蓝图执行施工任务的精度以及执行非标准组装程序的能力，这项研究可能为高质量的可行施工开辟了机会。太昂贵或完全不可行的新型架构，以当前的施工实践。”

该系统使用工作现场和机器人的虚拟现实副本（称为实时流程级数字孪生），人类操作员通过 Oculus 风格的 VR 耳机与之交互，看到类似电子游戏的复制品工作区。使用操纵杆式控制器和指针，人类向系统显示需要做什么，例如，拿起一块干墙并将其对齐在镶钉墙上。根据这些指令，机器人设计出最有效的方式来实现它，并制定一系列称为运动计划的动作。然后，它在作业现场的虚拟副本中在屏幕上向操作员展示其计划。

在这一点上，由人来决定提议的计划是否能完成工作。他们可以按原样批准计划、进行更改或要求制定全新的计划。当计划达成一致后，人类告诉机器人让它发生，然后近乎实时地观察实际机器人的工作。机器学习组件将使机器人能够记住人类合作伙伴所做的更正，以便下一个石膏板面板上升得更快。

该团队正在与行业合作伙伴合作，包括密歇根州的 Barton Malow 公司。Barton Malow 已经使用简单的机器人在大型建筑物的外墙上抹灰和放置砖块。

Barton Malow 已经在一些工作场所使用了简单的机器人，例如半自动梅森，它在大型建筑物的外墙上抹灰和放置砖块。该公司是 UM 牵头的 200 万美元项目的合作者，该项目旨在使机器人能够向人类建筑工人学习并与之合作。图片来源：建筑机器人

Barton Malow 的创新总监丹尼尔·斯通 (Daniel Stone) 希望更多地使用技术可以帮助解决长期的劳动力短缺问题，这是由于婴儿潮一代的老龄化以及该行业肮脏和危险的声誉造成的。

他说：“几年后你要抬高石块，这是一份很难卖的工作。” “我们正在努力吸引更多对技术感兴趣的人加入这个行业。当您承担解除员工的重担时，我们可以吸引新员工，并使我们现有的员工能够扩展他们的职业生涯。”

在教育方面，Menassa 的团队正在与建筑工会、社区学院和其他机构合作开发培训课程，教工人如何使用机器人助手。

该项目的联合首席研究员兼土木与环境工程教授Vineet Kamat说：“只有在人类机器人伙伴关系和协作取得成果的情况下，建筑工作的未来才能实现双赢。”在 UM。“因此，我们正在努力调整当前的培训方法，将课堂培训和现场培训相结合，并与提供动手培训的建筑大师一起进行。”

Kamat 解释说，新的培训可能包括在教室、工地和实验室进行培训，在那里人类可以在虚拟现实环境中与机器人互动。虚拟现实体验是关键，因为在未来，人类和机器人工人可能不会总是位于同一个物理空间。通过将现场培训和虚拟培训相结合，工作人员可以了解他们的虚拟命令如何转化为实际行动，以及如何在事情没有按计划进行时与机器人助手合作即兴发挥。

该研究由国家科学基金会人类技术前沿项目的未来工作资助。该项目的其他联合首席调查员是 UM 电气工程和计算机科学教授 Joyce Chai 和 UM 建筑和材料性能副教授 Wes McGee。该项目的其他研究人员包括麻省理工学院电气工程和计算机科学副教授 Honglak Lee；Jessie Yang，密歇根大学工业与运营工程助理教授；Curt Wolf，密歇根大学土木与环境工程系城市合作研究所常务董事；佛罗里达大学的 Denise Simmons 和华盛顿州立大学的 Olusola Adesope。