一種極其簡(jiǎn)單、但功能驚人的機(jī)器人手名為SoftHand 2

如果你想在機(jī)器人世界末日中幸存下來(lái)，那就關(guān)好門(mén)吧！盡管機(jī)器人在精度、速度、一致性方面表現(xiàn)出色，但它們?cè)诓倏v門(mén)把手等基本任務(wù)方面的表現(xiàn)卻依然糟糕。部分問(wèn)題在于，它們必須在為人類(lèi)而建、為人類(lèi)之手而設(shè)計(jì)的世界中穿行。而這些手堪稱(chēng)是自然界中最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

不過(guò)，比薩大學(xué)(University of Pisa)和意大利理工學(xué)院(Italian Institute of Technology)的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種極其簡(jiǎn)單、但功能驚人的機(jī)器人手，名為SoftHand 2，它只用兩個(gè)馬達(dá)就能支持工作。相比之下，雖然Shadow Dexterous Hand功能更加強(qiáng)大，但它需要20個(gè)馬達(dá)。SoftHand還承諾，它將幫助機(jī)器人以低廉價(jià)格占領(lǐng)市場(chǎng)。

和其他機(jī)器人手一樣，SoftHand使用“肌腱”(也就是電纜)來(lái)拉手指,但它的排列方式完全不同。SoftHand只使用一根穿過(guò)每個(gè)手指滑輪的電纜，而不是將一堆電纜連接到每個(gè)手指上。雖然新的設(shè)計(jì)會(huì)降低機(jī)械手的靈活性，但同時(shí)也降低了成本和耗電量。這已經(jīng)很不多，畢竟還沒(méi)有一種技術(shù)能制造出適合所有機(jī)器人的機(jī)械手。更復(fù)雜的機(jī)器人手無(wú)疑會(huì)在某些用例中占有一席之地，比如SoftHand。

為了創(chuàng)造出這只靈巧而簡(jiǎn)單的機(jī)器人手，研究人員最初只造了更簡(jiǎn)單的SoftHand，它只有一個(gè)馬達(dá)。幫助開(kāi)發(fā)該系統(tǒng)的機(jī)器人專(zhuān)家科西莫·德拉-桑迪納（Cosimo Della Santina）說(shuō):“這個(gè)想法的靈感是，當(dāng)你啟動(dòng)馬達(dá)時(shí)，肌腱的長(zhǎng)度就會(huì)收縮，這樣你就會(huì)迫使手閉合?！?/p>

由于關(guān)節(jié)有彈性，肌腱和手指再次展開(kāi)就會(huì)成為平坦的手掌。如果你想握住一個(gè)球，它的效果很好。但由于手指或多或少是一致運(yùn)動(dòng)的，精細(xì)操作是不可能的。通過(guò)增加一個(gè)馬達(dá)，SoftHand 2顯著提高了靈巧度。看看下面的圖片。肌腱的每一端（仍然蜿蜒穿過(guò)所有的手指）都連接在手腕的兩個(gè)馬達(dá)之一上。如果你把馬達(dá)往同一個(gè)方向移動(dòng)，肌腱就會(huì)收縮，你就會(huì)看到最上面一行的手勢(shì)——A、B、C和D。同樣的動(dòng)作也適合于原始SoftHand。

但是把馬達(dá)往相反的方向運(yùn)行，會(huì)有更復(fù)雜的事情出現(xiàn)，比如E、F、G和H中的場(chǎng)景。在這種情況下，一個(gè)馬達(dá)放出肌腱，而另一個(gè)旋轉(zhuǎn)肌腱。德拉-桑迪納稱(chēng)：“如果你的肌腱在很多滑輪中運(yùn)動(dòng)，肌腱的張力就不是恒定的?！?/p>

如果一個(gè)馬達(dá)在拉，肌腱末端的拉力會(huì)更高。如果另一個(gè)馬達(dá)在放肌腱，那一端的張力就會(huì)降低。通過(guò)這種方式利用張力，SoftHand比一般的機(jī)械手需要更少的電纜，但仍然可以讓所有的手指擺動(dòng)。

看一看下面的圖，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)額外的馬達(dá)所帶來(lái)的不同。左邊有一個(gè)馬達(dá)，右邊有兩個(gè)。前一種蠻力迫使它把所有手指都?jí)涸谇蛏?。不過(guò)，由于肌腱張力的差異，后者可以更從容地捏住球。

雖然SoftHand只用兩個(gè)馬達(dá)工作，但它可以完成一系列令人印象深刻的動(dòng)作。它可以伸出食指去打開(kāi)工具箱，或者從桌子上滑下一張紙。它甚至可以擰開(kāi)一個(gè)罐子。所有這些設(shè)計(jì)意味著它相對(duì)便宜，因?yàn)楦囫R達(dá)意味著成本更高。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)研究機(jī)器人操作的機(jī)器人專(zhuān)家萊雷爾·平托(Lerrel Pinto)說(shuō):“要讓機(jī)器人學(xué)習(xí)并做些很酷的事情，我們需要廉價(jià)、可靠和復(fù)雜的系統(tǒng)。我認(rèn)為它們的手達(dá)到了這種平衡，但真正的測(cè)試是其他研究人員是否找到了它的用途。它能用于自主學(xué)習(xí)嗎？它是可靠的嗎？可以完成數(shù)千次抓取？這些問(wèn)題仍然沒(méi)有答案?！?/p>

所以SoftHand很有前途，但更復(fù)雜的機(jī)器人操縱者（如Shadow Dexterous Hand）仍然有很多地方需要改進(jìn)。SoftHand可能對(duì)已經(jīng)固定的行為很有幫助，比如擰開(kāi)罐子，而Shadow Dexterous Hand及其許多執(zhí)行器可能適合于更復(fù)雜的任務(wù)。