與其復(fù)雜化機(jī)械手的控制策略，不如換成簡(jiǎn)單靈活的機(jī)械觸手。

抓娃娃機(jī)是一種很常見的游樂(lè)設(shè)備，其中的機(jī)器抓手很難成功抓到娃娃。實(shí)際上，「抓娃娃」的應(yīng)用場(chǎng)景類似于在深海中抓取海底的珊瑚、文物等等。這些東西往往非常珍貴且脆弱易碎，因此人們嘗試構(gòu)建靈活穩(wěn)定的機(jī)械抓手。

當(dāng)前大多數(shù)機(jī)械手依靠嵌入式傳感器、復(fù)雜的反饋回路或先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，結(jié)合操作員的技能，來(lái)抓取易碎、形狀不規(guī)則的物體。

現(xiàn)在，來(lái)自哈佛大學(xué)約翰 · 保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）的研究人員展示了一種更簡(jiǎn)單的方法。他們從大自然汲取靈感，設(shè)計(jì)了一種新型柔軟的機(jī)械抓手，使用一組細(xì)長(zhǎng)的觸手來(lái)纏繞和捕獲物體，類似于水母、章魚收集獵物的方式。

我們先來(lái)看一下這個(gè)機(jī)械手抓取物體的效果，例如抓取一個(gè)樹狀物體

可以發(fā)現(xiàn)，該機(jī)械手利用柔軟觸手易于形變的特點(diǎn)，讓觸手像繩子一樣卷曲并纏繞在物體上，實(shí)現(xiàn)了「抓握」的功能。

研究概述

首先，該研究重新思考了機(jī)器手與物體互動(dòng)的方式。論文第一作者 Kaitlyn Becker 介紹稱：「通過(guò)利用軟體機(jī)器人的自然柔順的優(yōu)勢(shì)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種整體性能大于各部分總和的機(jī)械抓手，和一種能夠以最少的規(guī)劃和感知適應(yīng)一系列復(fù)雜物體的抓取策略?！蛊渲?，機(jī)械觸手依靠簡(jiǎn)單的充氣來(lái)保持形態(tài)，不需要傳感、規(guī)劃或反饋控制。研究論文發(fā)表在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊（PNAS）上。

論文地址：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2209819119

和動(dòng)物的觸手一樣，雖然一根機(jī)械觸手很柔弱，但多根觸手組合在一起就可以牢牢抓住沉重且形狀各異的物體。抓手的力量和適應(yīng)性來(lái)自于它與試圖抓住的物體糾纏在一起的能力。

一兩根觸手無(wú)法成功抓取物體。

每根機(jī)械觸手都是等長(zhǎng)的空心橡膠管，這些橡膠管受壓會(huì)發(fā)生形變并卷曲纏繞在物體上。整個(gè)機(jī)械手的關(guān)鍵原理是觸手的每一次纏繞都會(huì)增加抓握的強(qiáng)度；想要釋放物體時(shí)，只需對(duì)這些觸手減壓，讓它們解開纏繞，就可以放開物體。

該研究使用模擬和實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)試該機(jī)械抓手的功能，嘗試抓起一系列物體，包括各種室內(nèi)植物和玩具。例如抓取環(huán)狀物體，并將它平放在桌面上：

從外部橫向抓取一段管狀物體：

還可以從內(nèi)部抓取同一根管子：

抓取一個(gè)球體：

抓手可用于實(shí)際應(yīng)用，以抓取用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和配送的軟水果和蔬菜、醫(yī)療環(huán)境中的脆弱組織，甚至倉(cāng)庫(kù)中不規(guī)則形狀的物體，例如玻璃器皿。

總的來(lái)說(shuō)，機(jī)械手的抓取原理結(jié)合了 L. Mahadevan 教授在纏結(jié)細(xì)絲的拓?fù)淞W(xué)方面的研究和 Robert Wood 教授關(guān)于軟體機(jī)器人抓手的研究。

這種新的機(jī)器人抓取方法補(bǔ)充了現(xiàn)有的解決方案，將需要復(fù)雜控制策略的簡(jiǎn)單傳統(tǒng)夾持器替換為易于控制且形態(tài)復(fù)雜的細(xì)絲觸手，這些觸手可以通過(guò)非常簡(jiǎn)單的控制進(jìn)行操作，擴(kuò)大了機(jī)械抓手的抓取范圍。

參考鏈接：

https://www.seas.harvard.edu/news/2022/10/tentacle-robot-can-gently-grasp-fragile-objects

https://www.therobotreport.com/harvard-researchers-create-soft-tentacle-like-robot-gripper/