那些奇形怪狀的物體，一個「水母」機械手輕松抓取

與其復雜化機械手的控制策略，不如換成簡單靈活的機械觸手。

抓娃娃機是一種很常見的游樂設備，其中的機器抓手很難成功抓到娃娃。實際上，「抓娃娃」的應用場景類似于在深海中抓取海底的珊瑚、文物等等。這些東西往往非常珍貴且脆弱易碎，因此人們嘗試構(gòu)建靈活穩(wěn)定的機械抓手。

當前大多數(shù)機械手依靠嵌入式傳感器、復雜的反饋回路或先進的機器學習算法，結(jié)合操作員的技能，來抓取易碎、形狀不規(guī)則的物體。

現(xiàn)在，來自哈佛大學約翰 · 保爾森工程與應用科學學院（SEAS）的研究人員展示了一種更簡單的方法。他們從大自然汲取靈感，設計了一種新型柔軟的機械抓手，使用一組細長的觸手來纏繞和捕獲物體，類似于水母、章魚收集獵物的方式。

我們先來看一下這個機械手抓取物體的效果，例如抓取一個樹狀物體

可以發(fā)現(xiàn)，該機械手利用柔軟觸手易于形變的特點，讓觸手像繩子一樣卷曲并纏繞在物體上，實現(xiàn)了「抓握」的功能。

研究概述

首先，該研究重新思考了機器手與物體互動的方式。論文第一作者 Kaitlyn Becker 介紹稱：「通過利用軟體機器人的自然柔順的優(yōu)勢，我們設計了一種整體性能大于各部分總和的機械抓手，和一種能夠以最少的規(guī)劃和感知適應一系列復雜物體的抓取策略?！蛊渲?，機械觸手依靠簡單的充氣來保持形態(tài)，不需要傳感、規(guī)劃或反饋控制。研究論文發(fā)表在美國國家科學院院刊（PNAS）上。

論文地址：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2209819119

和動物的觸手一樣，雖然一根機械觸手很柔弱，但多根觸手組合在一起就可以牢牢抓住沉重且形狀各異的物體。抓手的力量和適應性來自于它與試圖抓住的物體糾纏在一起的能力。

一兩根觸手無法成功抓取物體。

每根機械觸手都是等長的空心橡膠管，這些橡膠管受壓會發(fā)生形變并卷曲纏繞在物體上。整個機械手的關鍵原理是觸手的每一次纏繞都會增加抓握的強度；想要釋放物體時，只需對這些觸手減壓，讓它們解開纏繞，就可以放開物體。

該研究使用模擬和實驗來測試該機械抓手的功能，嘗試抓起一系列物體，包括各種室內(nèi)植物和玩具。例如抓取環(huán)狀物體，并將它平放在桌面上：

從外部橫向抓取一段管狀物體：

還可以從內(nèi)部抓取同一根管子：

抓取一個球體：

抓手可用于實際應用，以抓取用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和配送的軟水果和蔬菜、醫(yī)療環(huán)境中的脆弱組織，甚至倉庫中不規(guī)則形狀的物體，例如玻璃器皿。

總的來說，機械手的抓取原理結(jié)合了 L. Mahadevan 教授在纏結(jié)細絲的拓撲力學方面的研究和 Robert Wood 教授關于軟體機器人抓手的研究。

這種新的機器人抓取方法補充了現(xiàn)有的解決方案，將需要復雜控制策略的簡單傳統(tǒng)夾持器替換為易于控制且形態(tài)復雜的細絲觸手，這些觸手可以通過非常簡單的控制進行操作，擴大了機械抓手的抓取范圍。

參考鏈接：

https://www.seas.harvard.edu/news/2022/10/tentacle-robot-can-gently-grasp-fragile-objects

https://www.therobotreport.com/harvard-researchers-create-soft-tentacle-like-robot-gripper/