一切盡在“掌握”：節(jié)能機(jī)械手學(xué)會(huì)如何不掉球

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抓取不同大小、形狀和紋理的物體對(duì)人類來(lái)說(shuō)很容易，但對(duì)機(jī)器人來(lái)說(shuō)卻很有挑戰(zhàn)性。英國(guó)劍橋大學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種低成本、高能效的柔性3D打印機(jī)器人手，它憑手腕運(yùn)動(dòng)和“皮膚”感覺(jué)運(yùn)作，不僅能抓住一系列物體，而且不會(huì)讓它們掉落。研究結(jié)果發(fā)表在最近的《先進(jìn)智能系統(tǒng)》雜志上。

研究人員設(shè)計(jì)的低成本、高能效的機(jī)械手，只憑手腕運(yùn)動(dòng)和“皮膚”感覺(jué)，就可抓住一系列物體而不會(huì)讓它們掉落。

圖片來(lái)源：劍橋大學(xué)

該機(jī)械手經(jīng)過(guò)訓(xùn)練可抓取不同物體，并能利用放置在其“皮膚”上的傳感器提供的信息來(lái)預(yù)測(cè)這些物體是否會(huì)掉落。這種被動(dòng)運(yùn)動(dòng)使機(jī)器人比全電動(dòng)手指機(jī)器人更容易控制，也更節(jié)能。

研究人員表示，他們的適應(yīng)性設(shè)計(jì)可用于開(kāi)發(fā)低成本機(jī)器人，這些機(jī)器人能夠進(jìn)行更自然的運(yùn)動(dòng)，并且可學(xué)習(xí)抓取各種物體。

人手非常復(fù)雜，在機(jī)器人中重現(xiàn)其所有的靈活性和適應(yīng)性是一項(xiàng)巨大的研究挑戰(zhàn)。當(dāng)今大多數(shù)先進(jìn)的機(jī)器人都無(wú)法完成小孩子可輕松完成的操作任務(wù)。例如，人類本能地知道拿起雞蛋時(shí)要用多大的力，但對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)這是一個(gè)挑戰(zhàn)：用力太大，雞蛋可能會(huì)碎;太小，雞蛋會(huì)從手里掉落。此外，一個(gè)完全驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人手，每個(gè)手指的每個(gè)關(guān)節(jié)都有電機(jī)，需要大量的能量。

劍橋大學(xué)工程系仿生機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室研究人員試圖開(kāi)發(fā)解決這兩個(gè)問(wèn)題的潛在方法：機(jī)器人手可用最少的能量以恰當(dāng)?shù)牧α孔ト「鞣N物體。

研究人員使用植入了觸覺(jué)傳感器的3D打印擬人化手，這樣手就能感覺(jué)到它正在觸摸什么。這只手只能進(jìn)行被動(dòng)的、基于手腕的運(yùn)動(dòng)。團(tuán)隊(duì)對(duì)機(jī)器人手進(jìn)行了1200多次測(cè)試，觀察其抓住小物體而不掉落的能力。該機(jī)器人最初使用小型3D打印塑料球進(jìn)行訓(xùn)練，并使用通過(guò)人類演示獲得的預(yù)定義動(dòng)作來(lái)抓住它們。

機(jī)器人通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)來(lái)了解什么樣的抓握會(huì)成功。在用球完成訓(xùn)練后，它會(huì)嘗試抓取不同的物體，包括桃子、電腦鼠標(biāo)和一卷泡沫包裝紙。在這些測(cè)試中，機(jī)械手成功抓住14個(gè)物體中的11個(gè)。

將來(lái)，該系統(tǒng)可通過(guò)多種方式進(jìn)行擴(kuò)展，例如通過(guò)添加計(jì)算機(jī)視覺(jué)功能，或者教機(jī)器人利用其環(huán)境，這將使它能夠抓取更廣泛的物體。

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