Design and Evaluation of a Touchscreen-Based Teleoperation Interface for Robotic Manipulators

एक ऐसी दुनिया की कल्पना करें जहाँ रोबोट आपके सुपर-पावर्ड सहायक हैं, जो वे कठिन, खतरनाक या उबाऊ काम करने में सक्षम हैं जिन्हें इंसान को बिल्कुल नहीं करना चाहिए। यह टेलीऑपरेशन (teleoperation) का क्षेत्र है, जो रोबiation की एक शाखा है जहाँ एक इंसान सुरक्षित रूप से दूर बैठकर किसी परमाणु ऊर्जा संयंत्र या गहरे समुद्र के मलबे जैसी खतरनाक जगह में एक रोबोटिक हाथ को "चलाता" है। पेचीदा हिस्सा केवल यह नहीं है कि रोबोट को कहाँ जाना है; बल्कि यह है कि उसे कितना ज़ोर से दबाना है। इसे एक दीवार पर पेंट करने की कोशिश की तरह समझें जबकि आपने मोटे बॉक्सिंग ग्लव्स पहने हों और एक छोटे से छेद के माध्यम से दीवार को देख रहे हों। आपको ब्रश को दीवार के खिलाफ सही दबाव के साथ रखना होगा और साथ ही उसे सुचारू रूप से चलाना होगा। यदि आप बहुत ज़ोर से दबाते हैं, तो आप दीवार को नुकसान पहुँचाते हैं; यदि बहुत हल्का दबाते हैं, तो आप कोई जगह छोड़ देते हैं। दशकों से, इस काम के लिए मानक उपकरण एक जॉयस्टिक (joystick) रहा है, वही प्रकार का कंट्रोलर जिसका उपयोग वीडियो गेम में किया जाता है। लेकिन जॉयस्टिक नाजुक कार्यों के लिए बोझिल हो सकते हैं क्योंकि उनके लिए आपको स्टिक के कोण को रोबोट की गति में मानसिक रूप से अनुवाद करना पड़ता है, जिससे अक्सर झटकेदार हरकतें या अनजाने में टक्कर होती है।

अब, एक अलग उपकरण की कल्पना करें: एक विशाल, हाई-टेक टचस्क्रीन, जैसे आपके फोन या टैबलेट पर होता है, लेकिन आइकन टैप करने के बजाय, आप अपने रोबोट को चलाने के लिए अपनी उंगली को खींचते (drag) हैं। यह एक नए अध्ययन द्वारा तलाशा गया विचार है जहाँ शोधकर्ताओं ने यह देखना चाहा कि क्या यह "डायरेक्ट टच" (सीधा स्पर्श) विधि रोबोट नियंत्रण को आसान, तेज़ और मानव ऑपरेटर के लिए कम तनावपूर्ण बना सकती है। उन्होंने इसे पुराने ज़माने के जॉयस्टिक और एक पूरी तरह से स्वचालित मोड के मुकाबले परखा ताकि यह देखा जा सके कि कौन सा तरीका लोगों को बिना मानसिक थकान के काम करने में सबसे बेहतर तरीके से मदद करता है।

बड़ा प्रयोग: उंगली बनाम स्टिक बनाम रोबोट का दिमाग

शोधकर्ताओं ने महासागर के पार एक उच्च-दांव वाला "फॉलो द लीडर" खेल आयोजित किया। उन्होंने मानव ऑपरेटरों को ब्रिस्टल, यूके के एक लैब में रखा, जबकि उनके द्वारा नियंत्रित किया जाने वाला रोबोट—एक फ्रैंका एमिका पांडा (Franka Emika Panda) आर्म, जो फोर्स सेंसर से लैस था—जेनोआ, इटली की एक लैब में स्थित था। मिशन क्या था? एक महत्वपूर्ण परमाणु रखरखाव कार्य का अनुकरण करना: स्वैब सैंपलिंग (swab sampling)। कल्पना कीजिए कि आपको रेडिएशन की जांच करने के लिए किसी सतह के एक विशिष्ट क्षेत्र को स्वैब से पोंछना है। आपको पूरे क्षेत्र को समान रूप से कवर करना होगा, एक विशिष्ट लहरदार (sinusoidal) पथ का पालन करना होगा, और पूरे समय सतह पर एक स्थिर, कोमल दबाव बनाए रखना होगा।

20 प्रतिभागियों ने तीन अलग-अलग तरीकों का उपयोग करके इस कार्य को पूरा करने का प्रयास किया:

1. जॉयस्टिक (C1): पारंपरिक तरीका, जहाँ स्टिक हिलाने से रोबमा चलता है।
2. टचस्क्रीन (C2): नया तरीका, जहाँ ऑपरेटर स्क्रीन पर अपनी उंगली खींचता है, और रोबोट का "हाथ" (एंड-इफेक्ट्टर) सीधे उस उंगली के पथ का अनुसरण करता है, जबकि रोबोट स्वचालित रूप से दबाव को संभालता है।
3. वन-क्लिक ऑटोपायलट (C3): एक संदर्भ मोड जहाँ रोबोट एक सिंगल क्लिक के साथ पूरा पथ स्वचालित रूप से करता है, जिसका उपयोग यहाँ यह देखने के लिए किया गया था कि मनुष्य वास्तव में कितना काम कर रहे थे।

परिणाम: टच जीत गया, जॉयस्टिक लड़खड़ा गया

निष्कर्ष आश्चर्यजनक रूप रूप से स्पष्ट थे। टचस्क्रीन इंटरफ़ेस ने न केवल काम किया; बल्कि इसने गति और सटीकता के मामले में प्रतियोगिता को कुचल दिया।

• गति: टचस्क्रीन का उपयोग करते समय, प्रतिभागियों ने कार्य को 2.50 मिनट के औसत समय में पूरा किया। जॉयस्टिक उपयोगकर्ताओं ने बहुत अधिक समय 5.38 मिनट लिया। यह 53.5% की कमी है! टचस्क्रीन उपयोगकर्ता लगभग दोगुने तेज़ थे।
• सटीकता: यह केवल गति के बारे में नहीं था; यह सटीकता के बारे में भी था। पेचीदा लहरदार पथ पर, टचस्क्रीन उपयोगकर्ताओं ने आवश्यक क्षेत्र का 90.7% हिस्सा कवर किया, जबकि जॉयस्टिक उपयोगकर्ताओं केवल 84.1% ही कर पाए।
• "ओवरशूट" की समस्या: जॉयस्टिक उपयोगकर्ताओं का झुकाव अपने लक्ष्य रेखाओं से बहुत आगे निकल जाने (overshoot) की ओर था, जबकि टचस्क्रीन उपयोगकर्ताओं ने पथ के काफी करीब रहकर काम किया।

टचस्क्रीन इतना बेहतर क्यों था? शोधकर्ताओं ने पाया कि जॉयस्टिक उपयोगकर्ताओं को लगातार यह सोचने के लिए मजबूर होना पड़ता था कि "मुझे कितनी तेज़ी से चलना चाहिए?" और "क्या मैं पर्याप्त दबाव डाल रहा हूँ?" साथ ही। यह एक कार चलाने और साथ ही साथ गणित का सवाल हल करने जैसा था। हालाँकि, टचस्क्रीन एक हाथ के प्राकृतिक विस्तार की तरह काम करता था। आप अपनी उंगली खींचते हैं, रोबot चलता है। रोबोट का दिमाग (एक विशेष कंट्रोलर) कठिन हिस्से को स्वचालित रूप से संभालता है: सतह पर सही दबाव बनाए रखना। इसने इंसान को पूरी तरह से कहाँ जाना है, इस पर ध्यान केंद्रित करने दिया, न कि कितना धकेलना है।

मस्तिष्क का भार: कम तनाव, अधिक विश्वास

अध्ययन ने यह भी देखा कि ऑपरेटरों के दिमाग के भीतर क्या हो रहा था। उन्होंने कॉग्निटिव लोड (मानसिक प्रयास की मात्रा) को नासा-टीएलएक्स (NASA-TLX) नामक एक मानक सर्वेक्षण का उपयोग करके और पलक झपकने, त्वचा के पसीने (GSR) और चेहरे के तापमान जैसे शारीरिक संकेतों को ट्रैक करके मापा।

• मानसिक प्रयास: जॉयस्टिक उपयोगकर्ताओं का मानसिक भार सबसे अधिक था, जिसका औसत स्कोर 52 था। टचस्क्रीन उपयोगकर्ताओं का स्कोर गिरकर 43 हो गया (एक 17.3% की कमी)। वन-क्लिक ऑटोपायलट सबसे आसान था, जिसका स्कोर 31 था।
• विश्वास: दिलचस्प बात यह है कि जॉयस्टिक उपयोगकर्ताओं ने टचस्क्रीन उपयोगकर्ताओं की तुलना में सिस्टम में थोड़ा अधिक विश्वास व्यक्त किया, भले ही उनका प्रदर्शन खराब था। शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि ऐसा इसलिए हो सकता है क्योंकि लोग जॉयस्टिक के आदी हैं और परिचित उपकरण के साथ अधिक "नियंत्रण" महसूस करते थे, जबकि टचस्क्रीन शुरू में नया और थोड़ा अनिश्चित लगा। हालाँकि, टचस्क्रीन फिर भी वास्तविक काम के लिए बेहतर उपकरण साबित हुआ।

इसका क्या अर्थ है

यह पेपर बताता है कि परमाणु रखरखाव जैसे नाजुक, संपर्क-प्रधान कार्यों के लिए, पुराना ज़माने का जॉयस्टिक हमें पीछे खींच रहा है। टचस्क्रीन इंटरफ़ेस रोबोट से बात करने का एक अधिक सहज, "प्राकृतिक" तरीका प्रदान करता है, जो एक जटिल, उच्च-तनाव वाले काम को एक टैबलेट पर ड्राइंग करने जैसा बना देता है। जबकि पूरी तरह से स्वचालित मोड सबसे कम तनावपूर्ण था, यह निर्णय लेने की प्रक्रिया से इंसान को हटा देता है, जो हमेशा सुरक्षित या व्यावहारिक नहीं होता है। टचस्क्रीन एक आदर्श संतुलन बनाता है: यह इंसान को प्रभारी रखता है लेकिन उन्हें एक ऐसा उपकरण देता है जो दबाव नियंत्रण का भारी काम स्वचालित रूप से करता है।

संक्षेप में, यदि आप चाहते हैं कि एक रोबोट रेडियोधर्मी गंदगी को साफ करे बिना खुद गंदगी फैलाए, तो ऑपरेटर को जॉयस्टिक न दें। उन्हें एक टचस्क्रीन दें, और उनकी उंगलियों को बोलने दें।