哈佛研發像火雞面的“觸手”機器人，能纏繞抓起脆弱物體

智東西（公眾號：zhidxcom）

編譯 | 劉柏涵

編輯 | 程茜

智東西10月28日訊息，近日，美國哈佛大學研究團隊以水母為靈感，設計了一種新型的軟體機械手。這款絲狀的機械手能夠抓取非常脆弱的物體，未來可應用於水果蔬菜的生產和銷售、醫療手術和倉庫不規則物品的挑揀中，還可應用於檢查脆弱的海洋生物的海底無人機上。

新型軟體機械手正在抓取物體

如果你曾經在電玩城玩過抓娃娃遊戲，你就會知道使用機械抓夾抓住物體是一件多麼困難的事情。想象一下，如果你要抓的不是毛絨絨的玩具，而是一塊脆弱的瀕臨滅絕的珊瑚或沉船上的無價文物，那麼這個遊戲該會有多麼地令人緊張。不過，哈佛大學研究團隊設計的新型機械手解決了此問題。

根據此項研究，哈佛大學研究團隊在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上發表了題目為《Active entanglement enables stochastic， topological grasping（主動糾纏實現了隨機的、拓撲的抓取方式）》的論文。

論文連結：https：//www。pnas。org/doi/10。1073/pnas。2209819119

一、新型機械手重構人與物的互動，操作簡單無需感應、規劃

此前，大多數機械手都依靠嵌入式感測器、複雜的反饋迴路、先進的機器學習演算法和操作者的技能，來抓取脆弱或不規則形狀的物體。但來自哈佛大學工程與應用科學學院（SEAS）的研究人員設計出了一種更簡單的機器抓取方法。

他們從大自然中獲得靈感，設計了一種新型的柔軟機械手。這個機械手是利用一系列絲狀的抓手來纏繞和捕獲物體，類似於水母捕獲暈倒的獵物。單獨一個絲狀抓手是很脆弱的，但是多個抓手集合在一起，就能抓住並牢牢固定住沉重的、形狀怪異的物體。新型機械手透過簡單的調節氣壓控制其形態，不需要感應、規劃或反饋控制就能纏繞和抓取物體。

軟體機械手正在抓取形態各異的物體

該篇論文第一作者Kaitlyn Becker說：“我們設計了一個總體力大於各部分力之和的抓取器，以及一個能以最少的規劃和感知來適應一系列複雜物體的抓取策略，並利用軟體機械手的自然順應性並輔以順應性結構來加強它的抓取能力。我們想透過這項研究重新構建人類與物體之間的互動方式。”軟體機械手的順應性結構能夠幫助它靈活的彎曲，附著到各種各樣的物體上。

一、新型機械手重構人與物的互動，操作簡單無需感應、規劃

這種新的抓取方法結合了哈佛物理學教授L。Mahadevan對糾纏絲的拓撲力學的研究和哈佛工程與應用科學教授Robert Wood對軟體機器人的研究。由於軟體機械手是軟體機器人領域的一個分支，故其往往借鑑軟體機器人領域中的驅動技術，二者在結構上也有相通之處。

機械手的力度和適應性來自於它與抓取物體之間糾纏的能力。絲狀機械手由多條一英尺（約為30釐米）長的中空橡膠管構成。由於管子兩側的橡膠厚度不同，所以當管子被加壓時，這些抓手就會像自來卷的頭髮一樣彎曲。

抓手彎曲效果

這些捲曲的抓手和物體打結並糾纏在一起，每一次糾纏都會增加抓取的強度。雖然集體絲狀抓手的固定能力很強，但單個抓手的接觸能力都很弱，所以即使是最脆弱的物體也不會被損壞。如果要釋放物體，只需要對管子減壓。

軟管減壓示意圖

研究人員透過實驗來測試該機械手的抓取效果。它需要抓起一系列的物體，包括各種家庭植物和玩具等。這種軟體機械手未來可用於現實世界。

二、可抓取脆弱物體，未來可應用於農業、醫療和倉庫挑揀

這種新的機械手抓取方法補充了現有軟體機械手領域的研究空白，透過用極其順從且形態複雜的細絲取代需要複雜控制策略的傳統夾具。這種方法只需要非常簡單的控制操作，有效擴大了機械手的應用範圍。

該機械手可以適應各種非結構化的環境，與人類的互動也更加安全，未來它或許能夠將機械手技術推向更廣闊的場景。