原創(chuàng) | 文 BFT機器人

人類即使在看不清物體的情況下也能夠毫不費力的感知抓取物體，受到這一啟發(fā)，加州大學圣迭戈分校工程師領導的研究小組開發(fā)出了一種新方法，使機械手能夠不依賴視覺，僅通過觸摸就能感知旋轉物體。

利用他們的技術，研究人員制造出了一種機械手，它可以平穩(wěn)地旋轉各種物體，小到玩具、罐頭，甚至水果和蔬菜，而不會碰傷或壓扁它們。這只機械手僅利用觸摸信息就完成了這些任務。

這項工作對于開發(fā)出能夠在黑暗中操縱物體的機器人具有重要意義。

該團隊最近在2023機器人技術：科學與系統(tǒng)大會上展示了他們的研究成果。

研究人員在四指機械手的手掌和手指上安裝了16個觸摸傳感器來建立整個觸感系統(tǒng)。每個傳感器的成本約為12美元，功能也很簡單，檢測它能否對物體產生觸感。

這種方法的獨特之處在于它依靠許多低成本、低分辨率的觸摸傳感器，使用簡單的二進制信號，觸摸或不觸摸來實現機器人的手內旋轉。這些傳感器分布在機械手的大面積區(qū)域。

這與其他各種方法形成了鮮明對比，有的依靠的是貼在機械手上一小塊區(qū)域（主要是指尖）的幾個高成本、高分辨率觸摸傳感器。

加州大學圣迭戈分校電子與計算機工程系教授王小龍解釋說，這些方法存在幾個問題。首先，在機械手上安裝少量傳感器會使傳感器與物體接觸的幾率降到最低。這就限制了系統(tǒng)的感應能力。其次，提供紋理信息的高分辨率觸摸傳感器極難模擬，更不用說價格極其昂貴了。這使得在現實的實驗中使用它們更具挑戰(zhàn)性。最后，在這些方法中的大部分仍然對視覺有依賴性。

"我們使用了一種非常簡單的解決方案。完成這項任務不需要物體紋理的細節(jié)。我們只需要簡單的二進制信號，即傳感器是否接觸到了物體，而這些信號更容易模擬和轉移到現實世界中。"

研究人員進一步指出，二進制觸摸傳感器的大面積覆蓋，為機械手提供了關于物體三維結構和方向的足夠信息，使其能夠在沒有視覺的情況下成功旋轉物體。

他們首先通過模擬虛擬機械手旋轉各種物體（包括形狀不規(guī)則的物體）來訓練系統(tǒng)。在旋轉過程中的任何給定時間點，系統(tǒng)都會評估手部的哪些傳感器被物體觸碰。系統(tǒng)還能評估手部關節(jié)的當前位置以及之前的動作。利用這些信息，系統(tǒng)會告訴機械手在下一個時間點哪個關節(jié)需要移動到哪里。

隨后，研究人員用系統(tǒng)尚未接觸過的物體對機械手進行了測試。測試結果表明，機械手能夠旋轉各種物體，并且不會停滯或失去控制。這些物體包括西紅柿、胡椒、一罐花生醬和一只玩具橡皮鴨，其中玩具橡皮鴨的形狀最具挑戰(zhàn)性。形狀更復雜的物體旋轉時間更長。機械手還能圍繞不同的軸旋轉物體。

王小龍和他的團隊目前正在努力將他們的方法推廣到更復雜的操縱任務中。例如，他們目前正在開發(fā)的新型技術是使機械手能夠捕捉、投擲和雜耍。

他說：“雙手操作是我們人類擁有的一項非常普通的技能，但機器人要掌握這項技能道阻且長?！比绻覀兡茏寵C器人掌握這種技能，那將為它們能執(zhí)行的任務種類打開一扇更為廣闊的大門。

初稿 | Tina

終稿 |?居居手

排版 | 居居手

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