软机器人手可以拾取并识别各种各样的物体

机器人有许多强大的西装，但传统上不是其中之一。刚性肢体和数字使他们难以抓住，握住和操纵一系列日常物品而不会掉落或压碎它们。

最近，麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的研究人员发现，解决方案可能是转向一种更常见的与新建筑和Silly Putty相关的物质：硅胶。

在本月的一次会议上，来自CSAIL总监Daniela Rus的分布式机器人实验室的研究人员展示了一种由硅橡胶制成的3D打印机器人手，可以提升和处理像鸡蛋一样细腻，像光盘一样薄的物体。

同样令人印象深刻的是，它的三个手指具有特殊的传感器，可以准确地估计物体的大小和形状，以便从一组多个物品中识别它。

“由于与不同尺寸和材料的物体相互作用有多么困难，机器人通常受限于他们能做的事情，”罗斯说。“抓握是能够完成有用任务的重要一步; 通过这项工作，我们开始开发软手和支持控制和规划系统，使动态抓取成为可能。“

该论文由Rus和研究生Bianca Homberg，博士候选人Robert Katzschmann和博士后Mehmet Dogar共同撰写，将在本月的智能机器人和系统国际会议上发表。

软机器人的硬科学

抓手，也可以拿起网球，魔方和豆豆宝贝等物品，是CSAIL罗斯实验室大量工作的一部分，旨在展示所谓的“软机器人”的价值“由非常规材料制成，如硅胶，纸张和纤维。

研究人员表示，与“硬”机器人相比，软机器人具有许多优势，包括能够处理不规则形状的物体，挤入狭小的空间，并能够轻松地从碰撞中恢复。

Homberg说：“一个手脚僵硬的机器人在拾取物体等任务时会遇到更多麻烦。” “这是因为它必须拥有一个良好的物体模型，并花费大量时间思考它将如何进行掌握。”

软机器人代表了一种有趣的新选择。然而，它们额外的灵活性(或“合规性”)的一个缺点是它们通常难以准确地测量物体的位置，或者即使它们已经成功地拾取它。

这就是CSAIL团队的“弯曲传感器”进入的地方。当抓手在物体中嗡嗡作响时，手指会根据曲率发回位置数据。使用此数据，机器人可以拾取未知对象并将其与表示过去对象的现有数据点集合进行比较。通过一次抓取仅有三个数据点，机器人的算法可以区分物体大小与杯子和柠檬水瓶子相似。

Katzschmann说：“作为一个人，如果你被蒙上眼睛，你选择了一些东西，你就能感受到它并且仍然能够理解它是什么。” “我们希望在机器人中发展出类似的技能 - 基本上，让他们'看得见'，而实际上他们无法看到。”

该团队希望，随着传感器的进一步发展，系统最终可以识别出数十个不同的物体，并根据它们的大小，形状和功能进行编程，以便与它们进行不同的交互。

这个怎么运作

研究人员通过一系列活塞来控制夹具，这些活塞将加压空气推过硅胶手指。活塞导致小气泡在手指中膨胀，促使它们伸展和弯曲。

手可以使用两种类型的抓握来抓握：“包裹抓握”，其中物体完全包含在抓手内，以及“捏抓”，其中物体由手指的尖端保持。

该夹具配备了广受欢迎的百特制造机器人，显着优于百特的默认夹具，无法拾取CD或纸张，并且容易像苏打罐那样完全破碎物品。

与Rus 先前的机器人手臂一样，手指由硅橡胶制成，之所以选择它是因为它具有相对坚硬的特性，而且还具有足够的柔韧性，可以随着活塞的压力而膨胀。同时，夹具的接口和外部指模采用3D打印，这意味着该系统几乎可以在任何机器人平台上使用。

Rus表示，未来，该团队计划将更多时间用于改进和增加更多传感器，以便抓手识别更多种类的物体。

“如果我们想要以人为本的环境中的机器人，他们需要更具适应性，能够与形状和位置不确切知道的物体进行互动，”罗斯说。“我们的梦想是开发一种机器人，就像人类一样，可以接近大小的未知物体，确定其近似的形状和大小，并找出如何在一个无缝运动中与之对接。”

这项工作是在麻省理工学院的分布式机器人实验室完成的，得到了​​波音公司和国家科学基金会的支持。