物理護理機器人需要幫助不同用户完成多樣化的日常任務，並適應各種環境，而機器人本身的形態也千差萬別。儘管在單個護理任務上取得了顯著進展，但現有系統大多與特定的環境和機器人形態緊密耦合，並且常常沒有明確地對涉及人的交互進行建模或約束——儘管人是環境中的特殊主體。這促使我們需要關注從環境與機器人形態的聯合交互中湧現出的情境適應性。為此，來自康奈爾大學的研究團隊提出了E²-CARE框架，該框架通過將基礎護理技能表示為交互模板，並在運行時在線調整其執行方式，從而實現情境感知的自適應。
E²-CARE的核心是一個統一的3D動態場景圖，它將環境、機器人和人納入同一表示空間，顯式地建模這些交互情境，併合成任務特定的約束來控制每個技能的執行。通過在運行時強制執行這些約束，相同的技能模板可以在不同的環境和機器人形態之間實現零樣本的、安全的重用。這標誌着物理護理機器人領域向通用性和安全性邁出了重要一步。
研究團隊在數百個模擬家庭環境（包括輔助生活場景）中，針對四項日常生活活動，並跨越多達多種機器人形態對E²-CARE進行了評估。此外，他們還通過用户研究，在真實世界中利用兩種機器人執行兩項護理任務進行了驗證。結果表明，E²-CARE能夠在不同的環境和形態下實現一致且成功的適應。例如，在模擬環境中，機器人能夠根據不同的房間佈局和用户位置，自動調整其操作方式，確保安全且高效地完成任務。在真實世界實驗中，機器人展示了從桌面上取物、開門等技能，即使面對不同的傢俱和機器人臂長，也能準確執行。
這一工作為開發能夠真正融入人類生活環境的護理機器人提供了新的思路。E²-CARE的交互模板設計使得技能遷移變得簡單，無需針對每個新環境重新編程。未來，該框架有望廣泛應用於家庭和護理機構中，幫助老年人或行動不便者進行日常生活活動，如取物、清潔、輔助進食等。同時，該研究也強調了人機交互中的安全性，通過顯式約束避免了機器人與人的碰撞或不當接觸。
從技術細節來看，E²-CARE使用的3D動態場景圖能夠實時更新環境變化，例如物體移動或人的位置改變。技能模板包含預定義的參數，但通過場景圖提供的上下文，系統可以動態調整這些參數以適應具體場景。研究團隊還計劃將其擴展到更復雜的任務，並探索多機器人協作場景。總之，E²-CARE代表了護理機器人領域的一個重要進步，它讓機器人不僅僅是在固定環境中執行預設動作，而是能夠真正理解並適應周圍環境，從而更安全、更有效地為人類服務。