機器人抓手足夠輕柔，可以翻書頁。（圖片來源：ncsu.edu）

美國北卡羅來納州立大學的研究人員開發(fā)出了一種機器人抓取裝置，它輕柔得足以拾起一滴水，強大得足以拾起 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 20 倍的微型膠片。

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

該科學項目課題負責人Jie Yin說："由于需要在強度、精度和輕柔度之間做出權衡，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。"我們的設計很好地平衡了這些特性?！?/p>

新型機械手的設計借鑒了早一代柔性機器人機械手的設計，這種機械手借鑒了kirigami藝術--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。

"我們的新型機械手也使用了嘰里格紙，但有很大不同，因為我們從之前的設計中學到了很多東西。"合著者Yaoye Hong說："我們已經能夠改進基本結構本身，以及抓手的軌跡--即抓手在抓取物體時接近物體的路徑"。

"機器人抓手的強度一般以有效載荷與重量比來衡量。"Jie Yin 說："我們的機械手重 0.4 克，可以舉起高達 [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。結合其輕柔和精確的特點，該機械手的強度表明其應用范圍非常廣泛。"

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："這種抓手增強了現(xiàn)有假肢裝置難以完成的任務的功能，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，但可以用來補充其他功能。抓手的一個優(yōu)點是，你不需要更換或增強機器人假肢中使用的現(xiàn)有電機。在使用抓手時，只需利用現(xiàn)有的電機即可?！?/p>

概念驗證測試表明，嘰里呱啦神抓手可與肌電假肢配合使用，翻動書頁和摘葡萄。

Jie Yin說："我們認為，這種抓手設計在機器人假肢、食品加工、制藥和電子制造等領域都有潛在的應用前景。"我們期待著與行業(yè)伙伴合作，找到將這項技術投入使用的方法。

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

新型機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)表了一篇關于剪紙的論文。在那項工作中，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際的事情，我們想要擴展實際應用。例如，我們如何與機械臂甚至假肢（假手）集成。

第一個問題是我們如何集成，第二個問題實際上更根本，是我們如何改進我們的設計。所以，我們想出了一個新的設計，其靈感來自于黃瓜卷須，因為它是彎曲的，尖端是卷曲的。我們使用 X 形狀來設計絲帶。

當我們拉伸它時，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。

我們的動機是希望讓它更實用、更強大、更精確、更溫和。因此，通過我們的夾具，我們可以在一個設計中解決所有這些問題。我們的設計理念是一應俱全，一個夾具可以做很多不同的事情。

techbriefs：您在開發(fā)這款夾具時面臨的最大技術挑戰(zhàn)是什么？

Jie Yin：我認為最大的挑戰(zhàn)是——也許我只是提到了一點——如何克服合規(guī)性、強度、精致等之間的權衡。大多數(shù)軟件夾具都是專門的。例如，您可以很好地設計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。

但您可以設計其他夾具來精確抓取非常微小的物體，甚至是微觀物體。您還可以設計非常堅固的夾具，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)是如何僅使用一個夾具來完成所有工作 - 這是相當具有挑戰(zhàn)性的。

techbriefs：引述您的話說，“我們認為夾具具有潛在的應用和領域，從機器人假肢和食品加工到制藥和電子產品?！蔽覀兤诖c行業(yè)合作伙伴合作，找到一種方法來使用這項技術。”進展如何？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設計。對于假手來說，日常任務對于當前（甚至是商業(yè)）假手來說非常具有挑戰(zhàn)性，尤其是握力。因為這個夾具是，我們想說一個補充來實現(xiàn)當前的夾具。該夾具可以集成到現(xiàn)有的機械臂中，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，則不需要實際的動力。您不需要額外的傳感器。它可以很好地工作。

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

Jie Yin：這對我們來說還有很長的路要走，因為當你想到夾具時，我們所做的一切只是將東西拾取到位，但夾具應該更強大。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（一種運動），然后推動。這是三個過程；現(xiàn)在，我們只能做第一個。這絕對是一個很長的路要走。這是我們試圖解決的一個限制。

第二個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。這是這項工作的兩個限制。

techbriefs：還有什么我們沒有提到的您想補充的嗎？

Jie Yin：我想提的另一件事是它在農業(yè)中的應用，即水果采摘。這對于藍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問題；它可以非常溫柔，但也可以非常強烈。