如何讓機(jī)器人的手變得“真正”靈巧

長(zhǎng)期以來(lái)，機(jī)器人研究人員一直試圖讓機(jī)器人的手變得“真正”靈巧，但這個(gè)目標(biāo)一直難以實(shí)現(xiàn)，令人沮喪。機(jī)器人的手部?jī)?nèi)置了許多傳感器，可以在看不見(jiàn)的情況下操縱復(fù)雜的物體。

機(jī)器人的抓手和吸盤(pán)可以拾取和放置物品，但更靈巧的任務(wù)，如組裝、插入、重新定位、包裝等，仍然屬于人類(lèi)操作的領(lǐng)域。機(jī)器手完成任務(wù)的過(guò)程有兩部分：第一部分是手指的動(dòng)作可以像人的手指一樣（或者盡可能接近人的手指）；第二是擁有用手指做有用事情所需的智力。

在剛剛被Science and Systems 2023會(huì)議上接受的一篇論文中，哥倫比亞大學(xué)的研究人員展示了如何訓(xùn)練機(jī)器人手指在不掉落物體的情況下對(duì)復(fù)雜物體進(jìn)行靈巧的手操作。更重要的是，操作完全通過(guò)觸摸完成，不需要視覺(jué)。

在每個(gè)手指的皮膚下面是一個(gè)柔性反射膜，在該膜下面是LED陣列和光電二極管陣列。每個(gè)LED都會(huì)循環(huán)打開(kāi)和關(guān)閉一毫秒，光電二極管會(huì)記錄每個(gè)LED發(fā)出的光是如何從手指內(nèi)膜反射出去的。當(dāng)薄膜彎曲時(shí)，反射的模式會(huì)發(fā)生變化，如果手指接觸到什么東西，就會(huì)發(fā)生這種情況。經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的模型可以將該光模式與手指接觸的位置和幅度相關(guān)聯(lián)。

因此，現(xiàn)在你的手指知道自己在觸摸什么，他們也需要知道如何觸摸某個(gè)東西，以便以你希望的方式操作它而不掉落它。在操作時(shí)，有些物體對(duì)機(jī)器人友好，有些則對(duì)機(jī)器人不利，比如形狀復(fù)雜和凹陷的物體（例如L形或U形）。在手指數(shù)量有限的情況下，進(jìn)行手操作往往與確保物體保持穩(wěn)定握持不一致。這是一種叫做“手指步態(tài)”的技能，需要練習(xí)?；蛘?，在這種情況下，它需要強(qiáng)化學(xué)習(xí)。研究人員使用的技巧是將基于采樣的方法（找到已知開(kāi)始狀態(tài)和結(jié)束狀態(tài)之間的軌跡）與強(qiáng)化學(xué)習(xí)相結(jié)合，以開(kāi)發(fā)在整個(gè)狀態(tài)空間上訓(xùn)練的控制策略。

雖然這種方法效果很好，但整個(gè)非視覺(jué)的事情在某種程度上是人為的約束。哥倫比亞大學(xué)的Matei Ciocarlie說(shuō)，這并不是說(shuō)在黑暗或混亂中操縱物體的能力不是特別重要，只是視覺(jué)有更多的潛力：“一旦我們?cè)诨旌现屑尤胍曈X(jué)反饋和觸摸，我們希望能夠?qū)崿F(xiàn)更大的靈活性，并有一天開(kāi)始接近人手的復(fù)制。”