麻省理工开发新型机械手掌 利用复杂的触觉传感器来模仿人类触感

盖世汽车讯 大多数机器人没有手掌，使其能像人类一样抓握是一项持续性研究。据外媒报道，麻省理工学院（MIT）计算机科学和人工智能实验室（CSAIL）开发出新的机械手设计，重新考虑经常被忽视的手掌。新设计使用先进的传感器来实现高度敏感的触觉，从而帮助“肢体”更细致、更精确地处理物体。

（图片来源：麻省理工学院）

从人类双手柔软、可变形的本质特性中汲取灵感，GelPalm在手掌中嵌入了基于凝胶的灵活传感器。该传感器使用特殊的彩色照明技术，利用红色、绿色和蓝色LED来照亮物体，并使用摄像头来收集反光。这种混合体可以生成详细的3D表面模型，以实现精确的机器人交互。

该团队还开发了一些机器人指骨，称为ROMEO（机器人模块化内骨骼光学），其中采用柔性材料和类似手掌的传感技术。这些手指具有“被动顺应性（passive compliance）”，即机器人可以自然地调整力，而不需要电机或额外进行控制。这反过来又有助于实现更大的目标，可以增加与物体接触的表面积，以便完全包围物体。通过3D打印制造成单一的整体结构，这种手指设计具有生产成本效益。

除了提高灵活性，GelPalm还可以实现与物体更安全地交互，这尤其有利于人机协作、假肢，或具有生物医学用途的类人传感机器人手等潜在应用。

以前，许多机器人设计往往专注于提高手指的灵活性。现在，这种方法转向重点关注创建更像人类、具有更多功能的末端执行器，它可以更自然地与物体互动，执行更广泛的任务。GelPalm首席设计师Sandra Q. Liu博士表示：“我们的灵感来自人类的双手，人手中有坚硬的骨骼，周围被柔顺的组织包裹。结合刚性结构和可变形、柔顺的材料，我们可以更好地实现与人类灵巧的双手同样的适应能力。其主要优势是无需额外的电机或机械装置即可驱动手掌变形，内在顺应性以使其能够自动顺应物体，就像人类手掌能够灵活地做到这一点一样。”

研究人员对该手掌设计进行了测试。Liu比较了集成在ROMEO手指上的两种不同的照明系统（蓝色LED和白色LED）的触觉感知性能。Liu表示：“当将物体压入凝胶表面时，两者都产生了类似的高质量3D触觉重建。”

关键实验是对不同的手掌配置如何包围和稳定地抓住物体进行效果评估。该团队亲自动手，将涂料涂在塑料形状上，并将它们压在四种手掌类型上：刚性、结构顺应性、凝胶顺应性和双重顺应性设计。Liu表示：“从视觉上看，通过分析涂层表面接触，很明显手掌的结构和材料都符合要求，比其他设计提供了更大的抓握力。这是一种优雅的方式，可以充分发挥手掌在实现稳定抓握方面的作用。”

有一个局限性值得注意，即如何在手掌内部集成足够的传感技术，同时又不让手掌变得笨重或过于复杂。该团队表示，使用基于摄像头的触觉传感器会带来尺寸和灵活性问题。当前技术需要权衡设计和功能，才能实现广泛的覆盖范围。解决这个问题可能需要开发更灵活的镜面材料，并在不影响实际可用性的情况下增强传感器集成以保持功能。

哥伦比亚大学副教授Matei Cicarlie表示：“这项工作之所以受到关注，是因为它提出一种有意设计的、有用的手掌，其结合了关节和感知两项关键功能，而这些是大多数机器人手掌不具备的。人类的手掌既具有微妙的关节，又高度敏感，这项工作是有关这一方向的创新。”

Liu表示：“希望在未来5到10年内，我们能够开发出更先进的机器人手，将柔软和坚硬的元素与触觉灵敏度结合起来。这个领域比较复杂，对于最佳手部设计没有明确的共识，因此这项工作特别令人兴奋。在开发GelPalm和ROMEO手指的过程中，我专注于模块化和可转移性，以促进探讨更广泛的设计。使这项技术实现低成本和易于制造，可以让更多的人进行创新和探索。”