麻省理工学院的工程师EdwardAdelson和SandraLiu二人开发了一种具有丰富感官能力的机器人抓手。巨型金属机器人的概念以单调的方式说话，并以笨拙、刻意的步伐移动。但软机器人从业者的想法完全不同——自主设备由触感温和的柔顺部件组成，比R2-D2或RobbytheRobot更接近人类手指。
麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的EdwardAdelson教授和他的感知科学小组现在正在研究该模型。在最近的一个项目中，Adelson和SandraLiu—机械工程博士。CSAIL的学生—开发了一种使用新型“GelSightFinRay”手指的机器人抓手，就像人的手一样，它足够柔软，可以操纵物体。这项工作与该领域其他工作的不同之处在于，刘和阿德尔森为他们的抓手赋予了可以达到或超过人类皮肤敏感度的触摸传感器。
说明：GelSightFinRay抓手握住一个玻璃梅森罐，带有触觉感应。麻省理工学院CSAIL的插图。
上周，他们的工作在2022年IEEE第五届软机器人国际会议上发表。
由于德国生物学家LeifKniese在1997年的发现，鳍射线已成为软机器人中的热门项目。当他用手指推动一条鱼的尾巴时，光线向施加的力弯曲，几乎拥抱他的手指而不是倾斜离开。这种设计已经流行起来，但它缺乏触觉敏感度。
“它用途广泛，因为它可以被动地适应不同的形状，因此可以抓取各种物体，”刘解释道。“但为了超越该领域其他人已经完成的工作，我们着手将丰富的触觉传感器整合到我们的抓手中。”
抓手由两个灵活的鳍射线手指组成，它们与它们接触的物体的形状相一致。手指本身是由在3D打印机上制成的柔性塑料材料组装而成，这在该领域是相当标准的。然而，通常用于软机器人抓手的手指具有贯穿其内部长度的支撑横杆。相比之下，刘和阿德尔森挖空了内部区域，以便为他们的相机和其他感官组件腾出空间。
摄像头安装在镂空腔体一端的半刚性背衬上，由LED照明。相机面对一层由硅胶(称为“GelSight”)组成的“感官”垫，该垫粘在一层薄薄的丙烯酸材料上。亚克力板依次连接到内腔另一端的塑料指状件上。手指在触摸物体时会无缝地围绕它折叠，与物体的轮廓融为一体。
通过准确确定硅树脂和丙烯酸板在这种相互作用过程中如何变形，相机以及随附的计算算法可以评估物体的一般形状、表面粗糙度、空间方向以及施加的力(和传授给)每个手指。
刘和阿德尔森在一项实验中测试了他们的抓手，在此期间，两个手指中只有一个被“审查”。他们的设备成功处理了迷你螺丝刀、塑料草莓、丙烯酸涂料管、BallMason罐和酒杯等物品。例如，当抓手拿着假草莓时，内部传感器检测到其表面的“种子”。手指抓住油漆管，但没有用力挤压，以免破坏容器并溅出里面的东西。
GelSight传感器甚至可以辨认出梅森罐上的字母，并且以一种相当聪明的方式做到了。首先通过观察亚克力板在包裹它时如何弯曲来确定锅的整体形状。然后通过计算机算法从硅胶垫的变形中减去该图案，剩下的是由于字母引起的更微妙的变形。
由于光的折射，玻璃物体对基于视觉的机器人具有挑战性。触觉传感器不受这种光学模糊性的影响。当抓手拿起酒杯时，它可以感觉到酒杯的方向，并确保酒杯是笔直向上的，然后才慢慢放下。当底座接触桌面时，凝胶垫感应到接触。10次试验中有7次正确放置，幸运的是，在拍摄该实验期间没有损坏玻璃。
没有参与这项研究的卡内基梅隆大学机器人研究所助理教授袁文振说：“用软体机器人进行传感一直是一个巨大的挑战，因为很难在软体上设置传统上是刚性的传感器。身体，”袁说。“这篇论文为这个问题提供了一个巧妙的解决方案。作者出色地设计了他们的基于视觉的传感器工作，用于顺从的抓手，在机器人抓取物体或与外部环境交互时产生出色的结果。该技术有很多潜力被广泛用于现实环境中的机器人抓手。”
Liu和Adelson可以预见GelSightFinRay的许多可能应用，但他们首先考虑进行一些改进。通过挖空手指为他们的感觉系统腾出空间，他们引入了一种结构不稳定性，一种扭曲的倾向，他们认为可以通过更好的设计来抵消这种倾向。他们想让GelSight传感器与其他研究团队设计的软机器人兼容。他们还计划开发一种三指夹持器，可用于拾取水果并评估其成熟度。
在他们的方法中，触觉传感基于廉价的组件：相机、一些凝胶和一些LED。刘希望通过像GelSight这样的技术，“有可能开发出实用且价格合理的传感器。”至少，这是她和实验室其他人正在努力实现的目标之一。
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