几乎与人类无异，机器人手通过触摸感知物体

原创 | 文 BFT机器人 

人类即使在看不清物体的情况下也能够毫不费力的感知抓取物体，受到这一启发，加州大学圣迭戈分校工程师领导的研究小组开发出了一种新方法，使机械手能够不依赖视觉，仅通过触摸就能感知旋转物体。

利用他们的技术，研究人员制造出了一种机械手，它可以平稳地旋转各种物体，小到玩具、罐头，甚至水果和蔬菜，而不会碰伤或压扁它们。这只机械手仅利用触摸信息就完成了这些任务。

这项工作对于开发出能够在黑暗中操纵物体的机器人具有重要意义。

该团队最近在2023机器人技术：科学与系统大会上展示了他们的研究成果。

研究人员在四指机械手的手掌和手指上安装了16个触摸传感器来建立整个触感系统。每个传感器的成本约为12美元，功能也很简单，检测它能否对物体产生触感。

这种方法的独特之处在于它依靠许多低成本、低分辨率的触摸传感器，使用简单的二进制信号，触摸或不触摸来实现机器人的手内旋转。这些传感器分布在机械手的大面积区域。

这与其他各种方法形成了鲜明对比，有的依靠的是贴在机械手上一小块区域（主要是指尖）的几个高成本、高分辨率触摸传感器。

加州大学圣迭戈分校电子与计算机工程系教授王小龙解释说，这些方法存在几个问题。首先，在机械手上安装少量传感器会使传感器与物体接触的几率降到最低。这就限制了系统的感应能力。其次，提供纹理信息的高分辨率触摸传感器极难模拟，更不用说价格极其昂贵了。这使得在现实的实验中使用它们更具挑战性。最后，在这些方法中的大部分仍然对视觉有依赖性。

"我们使用了一种非常简单的解决方案。完成这项任务不需要物体纹理的细节。我们只需要简单的二进制信号，即传感器是否接触到了物体，而这些信号更容易模拟和转移到现实世界中。"

研究人员进一步指出，二进制触摸传感器的大面积覆盖，为机械手提供了关于物体三维结构和方向的足够信息，使其能够在没有视觉的情况下成功旋转物体。

他们首先通过模拟虚拟机械手旋转各种物体（包括形状不规则的物体）来训练系统。在旋转过程中的任何给定时间点，系统都会评估手部的哪些传感器被物体触碰。系统还能评估手部关节的当前位置以及之前的动作。利用这些信息，系统会告诉机械手在下一个时间点哪个关节需要移动到哪里。

随后，研究人员用系统尚未接触过的物体对机械手进行了测试。测试结果表明，机械手能够旋转各种物体，并且不会停滞或失去控制。这些物体包括西红柿、胡椒、一罐花生酱和一只玩具橡皮鸭，其中玩具橡皮鸭的形状最具挑战性。形状更复杂的物体旋转时间更长。机械手还能围绕不同的轴旋转物体。

王小龙和他的团队目前正在努力将他们的方法推广到更复杂的操纵任务中。例如，他们目前正在开发的新型技术是使机械手能够捕捉、投掷和杂耍。

他说：“双手操作是我们人类拥有的一项非常普通的技能，但机器人要掌握这项技能道阻且长。”如果我们能让机器人掌握这种技能，那将为它们能执行的任务种类打开一扇更为广阔的大门。

初稿 | Tina

终稿 | 居居手

排版 | 居居手

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