機(jī)器人技術(shù)中最熱門的主題之一是軟機(jī)器人領(lǐng)域，該領(lǐng)域使用的是柔軟和柔性的材料，而不是傳統(tǒng)的剛性材料。但是軟機(jī)器人由于缺乏良好的感知而受到限制。好的機(jī)械手需要感覺(jué)到它正在觸摸的東西(觸覺(jué))，并且需要感覺(jué)到手指的位置(本體感覺(jué))。大多數(shù)軟機(jī)器人都缺少這種感應(yīng)。

麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室(CSAIL)的研究人員在新論文中提出了新工具，以使機(jī)器人更好地感知與之交互的內(nèi)容：查看和分類項(xiàng)目的能力以及更柔和細(xì)膩的觸感。

“我們希望通過(guò)感受世界來(lái)看到世界。麻省理工學(xué)院教授兼CSAIL主任Daniela Rus表示，柔軟的機(jī)器人手具有感應(yīng)到的皮膚，可以用來(lái)拾取各種物體，從諸如土豆片的細(xì)膩物體到諸如牛奶瓶的重物。

一篇論文以 麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)去年的研究為基礎(chǔ) ，在那里，一個(gè)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種柔軟而結(jié)實(shí)的機(jī)器人抓手，其形式為錐形折紙結(jié)構(gòu)。它像金星的捕蠅器一樣塌陷在物體上，以撿起重量是其重量100倍的物品。

為了使新發(fā)現(xiàn)的通用性和適應(yīng)性更接近于人的手，一個(gè)新團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)明智的選擇：由連接壓力傳感器的乳膠“氣球”(氣球)制成的觸覺(jué)傳感器。新的傳感器可讓夾具不僅拾物細(xì)膩薯片，而且還對(duì)其進(jìn)行分類-讓機(jī)器人更好地了解 什么 它撿起，同時(shí)還表現(xiàn)出光觸摸。

在對(duì)物體進(jìn)行分類時(shí)，即使物體滑脫，傳感器也能正確識(shí)別出十個(gè)物體，準(zhǔn)確率超過(guò)90%。

麻省理工學(xué)院的博士后約瑟·休斯(Josie Hughes)說(shuō)：“與許多其他柔軟的觸覺(jué)傳感器不同，我們的傳感器可以快速制造，改裝成抓具，并顯示出靈敏度和可靠性。” “我們希望他們提供一種新的軟感測(cè)方法，該方法可以應(yīng)用于制造設(shè)置中的各種不同應(yīng)用，例如包裝和起重。”

在第二篇論文中，一組研究人員創(chuàng)建了一個(gè)柔軟的機(jī)器人手指，稱為“ GelFlex”，它使用嵌入式攝像頭和深度學(xué)習(xí)來(lái)實(shí)現(xiàn)高分辨率的觸覺(jué)感應(yīng)和“本體感覺(jué)”(對(duì)身體的位置和運(yùn)動(dòng)的感知)。

該抓手看上去很像一個(gè)在汽水站看到的兩指杯抓手，它使用腱驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)手指。在各種形狀的金屬物體上進(jìn)行測(cè)試時(shí)，該系統(tǒng)的識(shí)別精度超過(guò)96%。

“我們的軟手指可以在本體感覺(jué)上提供高精度，并可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)所握住的物體，并且還可以承受相當(dāng)大的沖擊力，而不會(huì)損害相互作用的環(huán)境及其自身，” GelFlex上新論文的主要作者余社說(shuō)。“通過(guò)用靈活的外骨骼約束軟手指，并使用嵌入式攝像頭執(zhí)行高分辨率感應(yīng)，我們?yōu)檐洸倏v器提供了廣泛的功能。”

魔球感官

魔術(shù)球夾持器由柔軟的折紙結(jié)構(gòu)制成，并由柔軟的氣球包裹。當(dāng)向氣球施加真空時(shí)，折紙結(jié)構(gòu)在物體周圍閉合，并且抓取器變形為其結(jié)構(gòu)。

盡管此動(dòng)作使抓取器能夠抓取比以往任何時(shí)候都廣泛的物體，例如湯罐，錘子，酒杯，無(wú)人機(jī)，甚至是單個(gè)西蘭花小花，但仍然無(wú)法達(dá)到更大的精致度和理解力，直到他們?cè)黾恿藗鞲衅鳌?/p>

當(dāng)傳感器受到力或拉力時(shí)，內(nèi)部壓力會(huì)發(fā)生變化，團(tuán)隊(duì)可以測(cè)量壓力的這種變化，從而確定何時(shí)會(huì)再次感到這種壓力。

除乳膠傳感器外，該團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了一種算法，該算法利用反饋使抓取器具有既堅(jiān)固又精確的類似于人的雙重性，并且80%的被測(cè)試對(duì)象均已成功抓緊而沒(méi)有損壞。

該團(tuán)隊(duì)在 各種家用物品上測(cè)試了抓取器傳感器，這些物品從重瓶到細(xì)小的物品，包括罐，蘋果，牙刷，水瓶和一袋餅干。

展望未來(lái)，該團(tuán)隊(duì)希望通過(guò)使用計(jì)算設(shè)計(jì)和重構(gòu)方法來(lái)提高方法的可擴(kuò)展性，從而使用這種新的傳感器技術(shù)來(lái)提高分辨率和覆蓋范圍。最終，他們?cè)O(shè)想使用新傳感器創(chuàng)建顯示可伸縮性和靈敏度的流體感測(cè)皮膚。

休斯與羅斯共同撰寫了新論文。他們幾乎在2020年機(jī)器人與自動(dòng)化國(guó)際會(huì)議上展示了該論文。

GelFlex

在第二篇論文中，CSAIL團(tuán)隊(duì)著眼于賦予軟機(jī)器人抓手更細(xì)微，類似于人的感覺(jué)。柔軟的手指允許很大范圍的變形，但要以受控方式使用，必須具有豐富的觸覺(jué)和本體感覺(jué)。該團(tuán)隊(duì)使用了帶有廣角“魚眼鏡頭”鏡頭的嵌入式相機(jī)，可以非常詳細(xì)地捕獲手指的變形。

為了創(chuàng)建GelFlex，該團(tuán)隊(duì)使用了硅樹(shù)脂材料來(lái)制作柔軟透明的手指，并將一個(gè)攝像頭放在指尖附近，將另一個(gè)攝像頭放在手指中間。然后，他們?cè)谑种傅恼婧蛡?cè)面涂了反射性墨水，并在背面增加了LED燈。這使內(nèi)置魚眼鏡頭可以觀察手指的正面和側(cè)面的狀態(tài)。

該團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以從內(nèi)部攝像機(jī)中提取關(guān)鍵信息以進(jìn)行反饋。一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)訓(xùn)練可以預(yù)測(cè)GelFlex的彎曲角度，另一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以經(jīng)過(guò)訓(xùn)練來(lái)估計(jì)要抓取的物體的形狀和大小。然后，抓取器可以拾取各種物品，例如魔方，DVD盒或一塊鋁。

在測(cè)試過(guò)程中，握持時(shí)的平均位置誤差小于0.77 mm，這比人的手指要好。在第二組測(cè)試中，抓取器面臨抓握和識(shí)別各種尺寸的圓柱體和盒子的挑戰(zhàn)。在80個(gè)試驗(yàn)中，只有三個(gè)被錯(cuò)誤分類。

未來(lái)，該小組希望改善本體感覺(jué)和觸覺(jué)感應(yīng)算法，并利用基于視覺(jué)的傳感器來(lái)估計(jì)更復(fù)雜的手指配置，例如扭曲或側(cè)彎，這對(duì)普通傳感器來(lái)說(shuō)是挑戰(zhàn)，但嵌入式攝像頭應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)。