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编译 | 刘柏涵
智东西10月28日消息，近日，美国哈佛大学研究团队以水母为灵感，设计了一种新型的软体机械手。这款丝状的机械手能够抓取非常脆弱的物体，未来可应用于水果蔬菜的生产和销售、医疗手术和仓库不规则物品的挑拣中，还可应用于检查脆弱的海洋生物的海底无人机上。
▲新型软体机械手正在抓取物体
如果你曾经在电玩城玩过抓娃娃游戏，你就会知道使用机械抓夹抓住物体是一件多么困难的事情。想象一下，如果你要抓的不是毛绒绒的玩具，而是一块脆弱的濒临灭绝的珊瑚或沉船上的无价文物，那么这个游戏该会有多么地令人紧张。不过，哈佛大学研究团队设计的新型机械手解决了此问题。
根据此项研究，哈佛大学研究团队在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表了题目为《Active entanglement enables stochastic, topological grasping（主动纠缠实现了随机的、拓扑的抓取方式）》的论文。
论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2209819119
此前，大多数机械手都依靠嵌入式传感器、复杂的反馈回路、先进的机器学习算法和操作者的技能，来抓取脆弱或不规则形状的物体。但来自哈佛大学工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员设计出了一种更简单的机器抓取方法。
他们从大自然中获得灵感，设计了一种新型的柔软机械手。这个机械手是利用一系列丝状的抓手来缠绕和捕获物体，类似于水母捕获晕倒的猎物。单独一个丝状抓手是很脆弱的，但是多个抓手集合在一起，就能抓住并牢牢固定住沉重的、形状怪异的物体。新型机械手通过简单的调节气压控制其形态，不需要感应、规划或反馈控制就能缠绕和抓取物体。
▲软体机械手正在抓取形态各异的物体
该篇论文第一作者Kaitlyn Becker说：“我们设计了一个总体力大于各部分力之和的抓取器，以及一个能以最少的规划和感知来适应一系列复杂物体的抓取策略，并利用软体机械手的自然顺应性并辅以顺应性结构来加强它的抓取能力。我们想通过这项研究重新构建人类与物体之间的互动方式。”软体机械手的顺应性结构能够帮助它灵活的弯曲，附着到各种各样的物体上。
这种新的抓取方法结合了哈佛物理学教授L.Mahadevan对纠缠丝的拓扑力学的研究和哈佛工程与应用科学教授Robert Wood对软体机器人的研究。由于软体机械手是软体机器人领域的一个分支，故其往往借鉴软体机器人领域中的驱动技术，二者在结构上也有相通之处。
机械手的力度和适应性来自于它与抓取物体之间纠缠的能力。丝状机械手由多条一英尺（约为30厘米）长的中空橡胶管构成。由于管子两侧的橡胶厚度不同，所以当管子被加压时，这些抓手就会像自来卷的头发一样弯曲。
▲抓手弯曲效果
这些卷曲的抓手和物体打结并纠缠在一起，每一次纠缠都会增加抓取的强度。虽然集体丝状抓手的固定能力很强，但单个抓手的接触能力都很弱，所以即使是最脆弱的物体也不会被损坏。如果要释放物体，只需要对管子减压。
▲软管减压示意图
研究人员通过实验来测试该机械手的抓取效果。它需要抓起一系列的物体，包括各种家庭植物和玩具等。这种软体机械手未来可用于现实世界。
这种新的机械手抓取方法补充了现有软体机械手领域的研究空白，通过用极其顺从且形态复杂的细丝取代需要复杂控制策略的传统夹具。这种方法只需要非常简单的控制操作，有效扩大了机械手的应用范围。
该机械手可以适应各种非结构化的环境，与人类的交互也更加安全，未来它或许能够将机械手技术推向更广阔的场景。
来源：The Verge、哈佛大学官网
