機(jī)器人抓手足夠輕柔，可以翻書頁。（圖片來源：ncsu.edu）

美國北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一種機(jī)器人抓取裝置，它輕柔得足以拾起一滴水，強(qiáng)大得足以拾起 14.1 磅的重物，靈巧得足以折疊一塊布，精確得足以拾起比頭發(fā)絲細(xì) 20 倍的微型膠片。

除了可能的制造應(yīng)用外，研究人員還將該裝置與技術(shù)相結(jié)合，使抓手能夠由前臂肌肉產(chǎn)生的電信號控制，展示了其與機(jī)器人假肢一起使用的潛力。

該科學(xué)項(xiàng)目課題負(fù)責(zé)人Jie Yin說："由于需要在強(qiáng)度、精度和輕柔度之間做出權(quán)衡，因此很難開發(fā)出一種能夠處理超軟、超薄和超重物體的單一軟抓手。"我們的設(shè)計(jì)很好地平衡了這些特性?！?/p>

新型機(jī)械手的設(shè)計(jì)借鑒了早一代柔性機(jī)器人機(jī)械手的設(shè)計(jì)，這種機(jī)械手借鑒了kirigami藝術(shù)--類似于折紙，但涉及切割和折疊二維材料薄片以形成三維形狀。

"我們的新型機(jī)械手也使用了嘰里格紙，但有很大不同，因?yàn)槲覀儚闹暗脑O(shè)計(jì)中學(xué)到了很多東西。"合著者Yaoye Hong說："我們已經(jīng)能夠改進(jìn)基本結(jié)構(gòu)本身，以及抓手的軌跡--即抓手在抓取物體時(shí)接近物體的路徑"。

"機(jī)器人抓手的強(qiáng)度一般以有效載荷與重量比來衡量。"Jie Yin 說："我們的機(jī)械手重 0.4 克，可以舉起高達(dá) [14.1 磅]的物體。有效載荷重量比約為 16,000。這比之前的有效載荷重量比記錄（6400 磅）高出 2.5 倍。結(jié)合其輕柔和精確的特點(diǎn)，該機(jī)械手的強(qiáng)度表明其應(yīng)用范圍非常廣泛。"

研究人員還將抓取裝置與肌電假手集成在一起。合著者海倫-黃（Helen Huang）說："這種抓手增強(qiáng)了現(xiàn)有假肢裝置難以完成的任務(wù)的功能，例如拉上某些類型的拉鏈、撿起一枚硬幣等。新的抓手不能取代現(xiàn)有假手的所有功能，但可以用來補(bǔ)充其他功能。抓手的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，你不需要更換或增強(qiáng)機(jī)器人假肢中使用的現(xiàn)有電機(jī)。在使用抓手時(shí)，只需利用現(xiàn)有的電機(jī)即可?！?/p>

概念驗(yàn)證測試表明，嘰里呱啦神抓手可與肌電假肢配合使用，翻動(dòng)書頁和摘葡萄。

Jie Yin說："我們認(rèn)為，這種抓手設(shè)計(jì)在機(jī)器人假肢、食品加工、制藥和電子制造等領(lǐng)域都有潛在的應(yīng)用前景。"我們期待著與行業(yè)伙伴合作，找到將這項(xiàng)技術(shù)投入使用的方法。

Jie Yin接受了美國媒體《techbriefs》的獨(dú)家專訪，專訪的長度和清晰度經(jīng)過編輯。請閱讀下文。

新型機(jī)器人夾具可以處理大量不同的物體。（圖片來源：ncsu.edu）

techbriefs：您工作的催化劑是什么？

Jie Yin：去年我們發(fā)表了一篇關(guān)于剪紙的論文。在那項(xiàng)工作中，我們演示了該夾具可以用作抓握器，并且我們還演示了它可以舉起大約 500 克的重量。那只是為了手動(dòng)使用——或者用一只手來拉伸并做所有的演示——現(xiàn)在我們想要考慮做一些更實(shí)際的事情，我們想要擴(kuò)展實(shí)際應(yīng)用。例如，我們?nèi)绾闻c機(jī)械臂甚至假肢（假手）集成。

第一個(gè)問題是我們?nèi)绾渭?，第二個(gè)問題實(shí)際上更根本，是我們?nèi)绾胃倪M(jìn)我們的設(shè)計(jì)。所以，我們想出了一個(gè)新的設(shè)計(jì)，其靈感來自于黃瓜卷須，因?yàn)樗菑澢模舛耸蔷砬?。我們使?X 形狀來設(shè)計(jì)絲帶。

當(dāng)我們拉伸它時(shí)，我們找到了軌跡，這就是為什么它超級精致且超級精確。它使我們能夠拾取四微米厚的板材；人的頭發(fā)是80微米。

我們的動(dòng)機(jī)是希望讓它更實(shí)用、更強(qiáng)大、更精確、更溫和。因此，通過我們的夾具，我們可以在一個(gè)設(shè)計(jì)中解決所有這些問題。我們的設(shè)計(jì)理念是一應(yīng)俱全，一個(gè)夾具可以做很多不同的事情。

techbriefs：您在開發(fā)這款?yuàn)A具時(shí)面臨的最大技術(shù)挑戰(zhàn)是什么？

Jie Yin：我認(rèn)為最大的挑戰(zhàn)是——也許我只是提到了一點(diǎn)——如何克服合規(guī)性、強(qiáng)度、精致等之間的權(quán)衡。大多數(shù)軟件夾具都是專門的。例如，您可以很好地設(shè)計(jì)一種具有輕柔抓握功能的夾具，稱為非破壞性抓握或非侵入性抓握。

但您可以設(shè)計(jì)其他夾具來精確抓取非常微小的物體，甚至是微觀物體。您還可以設(shè)計(jì)非常堅(jiān)固的夾具，可以舉起其重量的一千倍。要完成這一切，您需要不同的夾具。因此，這里的挑戰(zhàn)是如何僅使用一個(gè)夾具來完成所有工作 - 這是相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性的。

techbriefs：引述您的話說，“我們認(rèn)為夾具具有潛在的應(yīng)用和領(lǐng)域，從機(jī)器人假肢和食品加工到制藥和電子產(chǎn)品。”我們期待與行業(yè)合作伙伴合作，找到一種方法來使用這項(xiàng)技術(shù)?！边M(jìn)展如何？有什么更新可以分享嗎？

Jie Yin：我們現(xiàn)在正在申請夾具的專利，并且我們將不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)。對于假手來說，日常任務(wù)對于當(dāng)前（甚至是商業(yè)）假手來說非常具有挑戰(zhàn)性，尤其是握力。因?yàn)檫@個(gè)夾具是，我們想說一個(gè)補(bǔ)充來實(shí)現(xiàn)當(dāng)前的夾具。該夾具可以集成到現(xiàn)有的機(jī)械臂中，您只需拉伸即可。如果您將我們的夾具與現(xiàn)有的手臂集成，則不需要實(shí)際的動(dòng)力。您不需要額外的傳感器。它可以很好地工作。

techbriefs：您的下一步計(jì)劃是什么？未來還有其他計(jì)劃、研究或工作嗎？

Jie Yin：這對我們來說還有很長的路要走，因?yàn)楫?dāng)你想到夾具時(shí)，我們所做的一切只是將東西拾取到位，但夾具應(yīng)該更強(qiáng)大。例如，我們最終想要接近人的手，不僅是為了抓住某些東西，而且是為了施加一些力量。例如，如果您打開一扇門，您的手將首先抓住把手，然后施加扭矩（一種運(yùn)動(dòng)），然后推動(dòng)。這是三個(gè)過程；現(xiàn)在，我們只能做第一個(gè)。這絕對是一個(gè)很長的路要走。這是我們試圖解決的一個(gè)限制。

第二個(gè)是你掌握事物的方式——它被稱為封裝。我們希望穩(wěn)定抓取，然后能夠拾取和放置。這是這項(xiàng)工作的兩個(gè)限制。

techbriefs：還有什么我們沒有提到的您想補(bǔ)充的嗎？

Jie Yin：我想提的另一件事是它在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，即水果采摘。這對于藍(lán)莓或其他脆弱的水果非常有好處。我們的夾具可以很好地處理這個(gè)問題；它可以非常溫柔，但也可以非常強(qiáng)烈。