康奈爾大學的研究者們開發出一隻與人手觸覺非常接近的軟機器人手,它不僅可以握住精細物體,還可以感知所接觸物體的形狀和紋理。

這款機器人手有着敏感的觸覺,可以從一堆西紅柿中分辨出最成熟的那個。

在不斷發展的軟機器人技術領域,這隻機器手的發明是一個跨越式發展。軟機器人技術已經用於倉庫,來處理食品或其它產品。柔軟機器人手前景廣闊,可以用於假肢領域,還可以用來製造接觸人或脆弱物體的機器人以及狹小空間作業機器人。

傳統機器人用來抓取物體的“手”通常是由堅硬部件構成,需要用馬達來控制關節進行操作。在過去,要使一個機器人手感知到物體,這個手必須由導電物質製成,比如金屬。而現在,只需要能夠傳導光線的材料就可以。趙慧嬋是康奈爾大學機械工程在讀博士,是軟機器人手研究論文的第一作者,該論文已在本月發表至《科學機器人》期刊。

她說:“人手不使用馬達來控制關節,人手是柔軟的,手錶面和內部有很多傳感器······軟機器人使製造與人手相似的機器手成爲可能。”

想象一個手形氣球,氣球中的光信號呈彎曲狀流過波導管,這些波導管就是手指內部攜帶信號波的管道。當手接觸物體時,波導管彎曲,使光信號發生變化。這個變化會給機器人所接觸物體的數據。

Joshua Lessing說:“這一領域有着巨大的未填補的需求。”他是Soft Robotics公司的研發主任,該公司早已使用軟機器人來製造產品,所製造的軟夾持器在工廠得到應用,用來分類並打包食物如西紅柿或者烤製品,還用來處理人們在網上訂購的產品。

意大利的研究者正使用軟機器人開發更好的、可以在人體內部遊走的內窺鏡,一種可以幫助老年人洗澡的軟手臂,以及一種早產兒聲帶和肺的實體模型,這些模型可用於醫生培訓。

康奈爾大學機械和航空航天工程助理教授Robert Shepherd表明,這款機器人手是導光的,這意味着可以用更便宜的材料製成,那麼對失去手臂的人來說,他們就可以佩戴更便宜且有觸摸感的假肢。趙慧嬋估計這個機器人手成本可在50美元以下—大量生產的話,會低得多。但是,需要添加一個電池和壓縮槽,使壓縮空氣能夠控制機器人手,這可能會需要更多錢。然而Robert Shepherd表示這已經是同類產品中價格最低的了。

麻省理工學院的電氣工程與計算機科學教授Daniela Rus表明,軟機器人需要更多能量來維持自身形狀,這就是軟機器人手所面臨的挑戰。

Daniela說:“把你的手臂自然下垂到椅子的一邊,使其搖晃地懸掛在那裏,這就是處於非工作狀態的軟機器人手。”但是如果你想移動軟機器人手臂使其保持手上指的姿勢,這就需要能量來產生並保持這個形狀。

另一個較大的挑戰就是如何將機器人手連接到人類大腦,以便更加自然地操作。這項工作已在進行當中,在硬性修復領域已經取得突破。

國防高級研究計劃局最近開發了一個假肢手,這個假肢手直接與一名癱瘓患者的大腦相連接,這使得該名患者能夠再次“感受”到物體。

Science Robotics 雜誌上的另一篇文章描述了一個手-腦界面,該界面可以使6個截癱患者再次移動手,如拿水杯,握叉子,喫薯片。

康奈爾大學的軟機器人手還未與大腦直接連接,但它會讓電腦感受人可能會感受到的東西。Shepherd說,軟機器人手團隊正在尋找合作者,以便將機器人手與人體相結合進行測試,以改善其性能。

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