乔治亚理工学院的研究生建造了第一个模仿人类运动流动性的涂鸦机器人系统。该系统恰如其分地命名为GTGraffiti，它使用运动捕捉技术记录人类的绘画运动，然后合成并处理这些手势，为一个电缆驱动的机器人编程，该机器人可以喷涂涂鸦艺术品。
该项目由机器人学博士生Gerry Chen与研究生Juan Diego Florez合作设计；Frank Dellaert，交互计算学院机器人学教授；塞思·哈钦森，机器人学教授兼库卡主席；以及工业设计学院助理教授桑元利。该团队对机器人系统的同行评审研究将于2022年6月在《机器人与自动化国际会议论文集》上发表。
工作原理
为了让机器人能够以人类风格绘画，机器人和艺术都必须在设计时考虑到对方鈥攁至少现在是这样。GTGraffiti系统包括三个阶段：艺术品捕获、机器人硬件以及规划和控制。
首先，该团队使用动作捕捉技术记录人类艺术家的绘画鈥攁 该策略允许深入了解制作喷漆艺术品所需的运动类型。在这项研究中，陈和他的团队邀请了两位艺术家以泡泡字母涂鸦的方式绘制字母表。在每位艺术家绘画时，他们记录了艺术家手在画布上的运动，以及喷漆罐本身的运动。捕捉手和喷漆罐的轨迹对于机器人能够使用与人类艺术家相似的分层、构图和运动进行绘画至关重要。
然后，研究小组对数据进行处理，分析每个动作的速度、加速度和大小，并将这些信息用于下一阶段鈥攄设计机器人。考虑到这些数据以及艺术品所需的便携性和准确性，他们选择使用电缆驱动的机器人。有线驱动的机器人，如体育场内用于空中摄像的空中摄像机，以能够扩展到大尺寸而著称。机器人在电缆、电机和滑轮系统上运行。该团队的机器人目前安装在一个9×10英尺高的钢架上，但陈说，应该可以直接安装在几乎任何尺寸的平面结构上，例如建筑物的侧面。
在第三阶段，艺术家的作品被转换成电信号。这些数字组合在一起形成了一个数字字符库，可以对其进行任何大小、角度和组合的编程，以生成供机器人绘制的单词。人类艺术家从图书馆中选择形状，并用它们来创作一件艺术品。在这项研究中，研究小组选择将字母涂成“ATL”
一旦团队选择了角色的序列和位置，他们就会使用数学方程生成机器人要遵循的轨迹。这些算法生成的路径确保机器人以正确的速度、位置、方向和视角绘制。最后，这些路径被转换为要执行的运动命令。
由于所有的计算和相互竞争的运动，机器人上的电机可能会相互对抗，威胁着机器人的安全。为了解决这个问题，中央机器人控制器被编程为每秒重新计算1000次电机命令，以便机器人能够安全可靠地工作。一旦组装好，机器人就可以以人类涂鸦艺术家的风格绘制艺术品。
为什么是艺术？为什么要涂鸦？
机器人应用最典型的行业包括制造业、生物医学、汽车、农业和军事。但事实证明，艺术可以以一种特别强大的方式展示机器人技术。
陈说：“艺术，尤其是绘画或舞蹈，体现了人类所能做出的一些最复杂和细微的动作。”。“因此，如果我们想创造出能够完成人类所做的高度技术性工作的机器人，那么创造出能够跳舞或绘画的机器人是我们追求的伟大目标。这些技能可以展示机器人的非凡能力，也可以应用于其他各种应用。”
就个人而言，陈冠希的动机是希望人们将机器人视为对人类有益的东西，而不是像电影中经常描述的那样，将机器人视为偷工减料者或造成恐惧、悲伤或厄运感的实体。
“涂鸦是一种艺术形式，本质上是为了让大众看到，”陈说。“在这方面，我希望我们可以用涂鸦来传达这个想法鈥攖帽子机器人与人类一起工作可以对社会做出积极贡献。"
未来方向
目前，陈和团队的机器人计划主要围绕两个方面：保护和放大艺术。为此，他们目前正在尝试以不同的比例复制预先记录的形状，并测试机器人绘制更大表面的能力。这些能力将使机器人能够在不同的地理位置绘制原作品的放大版本，并为身体上无法进行现场喷漆的艺术家提供支持。理论上，艺术家可以在世界的一个地方绘制艺术品，GTGraffiti机器人可以在另一个地方执行该艺术品。
未来，陈希望利用GTGRAFTI捕捉艺术家在野外涂鸦。有了捕捉到的运动数据，GTGraffiti将能够复制艺术品，即使它曾经被涂过或毁坏过。
“机器人并不是在创造艺术本身，而是与人类艺术家合作，使他们能够取得比没有机器人所能取得的更多的成就，”陈说。
陈设想机器人系统最终将具备允许艺术家-机器人实时交互的能力。他希望开发一种技术，使站在建筑物脚下的艺术家能够在一个小空间内喷涂涂鸦，而电缆驱动的机器人则可以在建筑物侧面用巨大的笔划复制绘画。
陈说：“我们希望我们的研究能够帮助艺术家创作出由超人机器人完成的艺术作品，比他们自己动手画的任何作品都更能传达信息。”。