掌握机器人的抓手

拧螺丝起子，打开瓶盖，剥香蕉皮都是一些简单的任务，单凭一己之力很难完成。现在，一种新的腕式机器人可以提供帮助之手——或者更确切地说，是手指。

麻省理工学院的研究人员开发了一种机器人，可以增强人手的抓取动作。这种装置可以戴在手腕上，基本上就像小指和拇指旁边多了两个手指。一种新的控制算法使它能够与佩戴者的手指同步移动，以抓住各种形状和大小的物体。戴上这个机器人，用户可以用一只手握住瓶子的底部，同时拧开瓶盖。

“这是一种完全直观和自然的方式来移动你的机械手指，”麻省理工学院机械工程系的福特工程教授哈里·浅田说。“你不需要命令机器人，只需要自然地移动你的手指。然后机器人的手指会做出反应，帮助你的手指。”

浅田说，最终，经过一些训练，人们可能会将机器人的手指视为自己身体的一部分——“就像你使用了很长时间的工具一样，你会觉得机器人是你手的延伸。”他希望这个双指机器人可以帮助那些灵巧程度有限的人完成日常家务，比如打开罐子和举起重物。本周，他和研究生Faye Wu在加州伯克利举行的机器人科学与系统会议上发表了一篇关于机器人的论文。

生物力学的协同作用

研究人员将这种机器人称为“多余的机器人手指”，它由连接在一起的致动器组成，在抓取动作时施加与人类手指一样强大的力。

为了开发一种算法来协调机器人的手指和人手，研究人员首先研究了手势的生理学，了解到一只手的五个手指是高度协调的。虽然一只手伸出来抓橙子的方式可能与抓杯子的方式不同，但抓东西的方式只有两种:手指并拢和向内扭。对任何物体的把握都可以通过这两种模式的结合来解释。

研究人员假设，类似的“生物力学协同作用”可能不仅存在于人类的五个手指中，也存在于七个手指中。为了验证这个假设，吴戴上了一个装有多个位置记录传感器的手套，并通过一个轻支架连接在她的手腕上。然后，她在实验室里寻找一些常见的东西，比如一盒饼干、一个汽水瓶和一个足球。

吴用手抓住每个物体，然后手动定位机器人的手指来支撑物体。她多次记录了手和机器人与不同物体的关节角度，然后分析了数据，发现每次抓取都可以用七个手指中两到三个一般模式的组合来解释。

研究人员利用这些信息开发了一种控制算法，将机器人的两个手指的姿势与人类的五个手指的姿势联系起来。浅田解释说，该算法本质上是“教会”机器人采取人类期望机器人采取的某种姿势。

让机器人更接近人类

目前，机器人模仿手的抓握，根据人的手指闭合或张开。但吴想让机器人更进一步，不仅能控制位置，还能控制力。

“现在我们正在研究姿势，但这不是全部，”吴说。“还有其他东西可以让你很好地、稳定地掌握。对于一个看起来很小但很重，或者很滑的物体，它的姿势是一样的，但力是不同的，那么它是如何适应的呢?这是我们接下来要研究的。”

吴还指出，某些手势——比如抓苹果——可能会在人与人之间略有不同，最终，机器人辅助可能必须考虑到个人的抓取偏好。为此，她设想开发一个人类和机器人手势相关性库。当用户与机器人一起工作时，它可以学会适应他或她的喜好，将其他的从库中丢弃。她把这种机器学习比作语音命令系统，比如苹果的Siri。

“在你使用一段时间后，它会习惯你的发音，这样它就能调整到你的口音，”吴说。“从长远来看，我们的技术可以类似，机器人可以调整和适应你。”

浅田说，在未来的道路上，机器人也可能被缩小到一个更小的体积。

浅田说:“这是一个原型，但我们可以把它缩小到原来的三分之一大小，并且可以折叠。”“我们可以把它做成手表或手镯，手指会弹出，当工作完成后，它们会回到手表里。可穿戴机器人是让机器人更贴近我们日常生活的一种方式。”

麻省理工学院(MIT)

www.mit.edu

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