軟機(jī)器人手可以拾取并識(shí)別各種各樣的物體

機(jī)器人有許多強(qiáng)大的西裝，但傳統(tǒng)上不是其中之一。剛性的四肢和數(shù)字使他們難以抓住，握住和操縱一系列日常物品而不會(huì)掉落或壓碎它們。

最近，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)的研究人員發(fā)現(xiàn)，解決方案可能是轉(zhuǎn)向與新建筑和傻膩?zhàn)佑嘘P(guān)的物質(zhì)：硅膠。

在本月的一次會(huì)議上，來(lái)自CSAIL總監(jiān)Daniela Rus的分布式機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的研究人員展示了一種由硅橡膠制成的3D打印機(jī)器人手，可以提升和處理像雞蛋一樣細(xì)膩，像光盤一樣薄的物體。

同樣令人印象深刻的是，它的三個(gè)手指具有特殊的傳感器，可以準(zhǔn)確地估計(jì)物體的大小和形狀，以便從一組多個(gè)物品中識(shí)別它。

“由于與不同尺寸和材料的物體相互作用有多么困難，機(jī)器人通常受限于它們所能做的事情，”羅斯說(shuō)。“掌握是能夠完成有用任務(wù)的重要一步; 通過(guò)這項(xiàng)工作，我們開(kāi)始開(kāi)發(fā)軟手和支持控制和規(guī)劃系統(tǒng)，使動(dòng)態(tài)抓取成為可能。“

該論文由Rus和研究生Bianca Homberg，博士候選人Robert Katzschmann和博士后Mehmet Dogar共同撰寫(xiě)，將在本月的智能機(jī)器人和系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議上發(fā)表。

抓手，也可以拿起網(wǎng)球，魔方和豆豆寶貝等物品，是CSAIL羅斯實(shí)驗(yàn)室大量工作的一部分，旨在展示所謂的“軟機(jī)器人”的價(jià)值“由非常規(guī)材料制成，如硅膠，紙張和纖維。

研究人員表示，與“硬”機(jī)器人相比，軟機(jī)器人具有許多優(yōu)勢(shì)，包括能夠處理不規(guī)則形狀的物體，擠入狹小的空間，并能輕易從碰撞中恢復(fù)。

Homberg說(shuō)：“一個(gè)手掌僵硬的機(jī)器人在拾取物體等任務(wù)時(shí)會(huì)遇到更多麻煩。” “這是因?yàn)樗仨殦碛幸粋€(gè)良好的物體模型，并花費(fèi)大量時(shí)間思考它將如何進(jìn)行掌握。”

軟機(jī)器人代表了一種有趣的新選擇。然而，它們額外的靈活性(或“合規(guī)性”)的一個(gè)缺點(diǎn)是它們通常難以準(zhǔn)確地測(cè)量物體的位置，或者即使它們已經(jīng)成功地拾取它。

這就是CSAIL團(tuán)隊(duì)的“彎曲傳感器”進(jìn)入的地方。當(dāng)抓手在物體中嗡嗡作響時(shí)，手指會(huì)根據(jù)曲率發(fā)回位置數(shù)據(jù)。使用此數(shù)據(jù)，機(jī)器人可以拾取未知對(duì)象并將其與表示過(guò)去對(duì)象的現(xiàn)有數(shù)據(jù)點(diǎn)集合進(jìn)行比較。通過(guò)一次抓取僅有三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，機(jī)器人的算法可以區(qū)分物體大小與杯子和檸檬水瓶子相似。

Katzschmann說(shuō)：“作為一個(gè)人，如果你被蒙上眼睛，你撿起一些東西，你就會(huì)感覺(jué)到它并且仍然能夠理解它是什么。” “我們希望在機(jī)器人中發(fā)展出類似的技能 - 基本上，讓他們'看得見(jiàn)'，而他們實(shí)際上看不到它們。”

該團(tuán)隊(duì)希望，隨著傳感器的進(jìn)一步發(fā)展，系統(tǒng)最終可以識(shí)別出許多不同的物體，并根據(jù)它們的大小，形狀和功能進(jìn)行編程，以便與它們進(jìn)行不同的交互。

研究人員通過(guò)一系列活塞來(lái)控制夾具，這些活塞將加壓空氣推過(guò)硅膠手指。活塞導(dǎo)致小氣泡在手指中膨脹，促使它們伸展和彎曲。

手可以使用兩種類型的抓握來(lái)抓握：“包裹抓握”，其中物體完全包含在抓手內(nèi)，以及“捏抓”，其中物體由手指的尖端保持。

這款?yuàn)A具配備了受歡迎的百特制造機(jī)器人，顯著優(yōu)于百特的默認(rèn)夾具，后者無(wú)法拾取CD或紙張，并且容易像蘇打罐那樣完全破碎物品。

與Rus 先前的機(jī)械臂一樣，手指由硅橡膠制成，之所以選擇它是因?yàn)樗哂邢鄬?duì)堅(jiān)硬的特性，而且還具有足夠的柔韌性，可以隨著活塞的壓力而膨脹。同時(shí)，夾具的接口和外部指模采用3D打印，這意味著該系統(tǒng)幾乎可以在任何機(jī)器人平臺(tái)上使用。

Rus表示，未來(lái)，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將更多時(shí)間用于改進(jìn)和添加更多傳感器，以便抓手識(shí)別更多種類的物體。

“如果我們想要以人為本的環(huán)境中的機(jī)器人，他們需要更具適應(yīng)性，能夠與形狀和位置不確切知道的物體進(jìn)行互動(dòng)，”羅斯說(shuō)。“我們的夢(mèng)想是開(kāi)發(fā)一種機(jī)器人，就像人類一樣，可以接近大小的未知物體，確定其近似的形狀和大小，并找出如何在一個(gè)無(wú)縫運(yùn)動(dòng)中與之對(duì)接。”

這項(xiàng)工作是在麻省理工學(xué)院的分布式機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室完成的，得到了??波音公司和科學(xué)基金會(huì)的支持。