AI|斯坦福“机械手”成精：优雅取鸡蛋剽悍运篮球登《科学》子刊( 二 )_斯坦福“机械手”成精：优雅

文章图片

▲操控较大物体
此外，这一机械手还可以同时抓取两个物体。

文章图片

▲同时抓取两个物体
“壁虎粘合剂的首次应用与攀爬机器人、攀爬人或抓取空间中非常大、非常光滑的物体有关。但是我们一直在考虑将它们用于更实际的应用程序。”Cutkosky说，“但事实证明，壁虎粘合剂实际上非常挑剔。”
首次在多指拟人机械手上使用壁虎粘合剂是一项挑战，这需要特别注意控制机械手手指的肌腱和粘合剂下方的指垫设计。
二、利用分子间作用力，实现稳固抓握
平行机械手相对于更拟人化的多指机械手的一个优势是具有高抓力的潜力，因此可以使用单个精确手指来获得力量，而多指机械手farmHand利用壁虎粘合剂提供了更多的抓握能力。
该机械手受益于两种生物灵感。首先是人手，它有多关节的手指，不过仅有四个手指，其次是壁虎，基于壁虎脚趾抓地的灵感，在该论文的作者之一、斯坦福大学工程学院弗莱彻琼斯教授马克·卡特科斯基（Mark Cutkosky）领导下，研究小组研制了抓地力强但不粘的壁虎粘合剂，涂在这一机械手的手指上。

文章图片

▲机械手原理图
就像壁虎的脚趾一样，涂抹壁虎粘合剂的机械手可以通过微小的皮瓣固定在物体上。当与表面完全接触时，这些皮瓣会产生范德华力（分子间相互作用力），由分子外部电子位置的细微差异引起。因此，粘合剂仅需要很小的力量就可以牢固抓握物体。这种粘合剂的另一个好处就是，它们摸起来不会发粘或留下残留物。
机械手涂抹壁虎粘合剂后，抓取物体需要依靠手指的正面而不是尖端，这样可以提供更多可用的接触区域。为了探索权衡，研究人员通过消除最终链接长度固定的约束，来增大机械手制动器的扭矩。
三、增加肋骨结构，扩大抓握面积
问题的关键在于，壁虎粘合剂必须以特定方式与物体表面接触，以激活范德华力。当将壁虎粘合剂涂抹在较为平坦的表面上时，可以比较容易地控制与物体接触的方式。但是当必须依赖于多个附有壁虎粘合剂的手指抓握物体，并以不同角度接触物体时，也就是使用farmHand抓握时，对于壁虎粘合剂的控制就更加困难。
为了解决这一难题，研究人员在粘合剂下方，为该机械手增加了一层指垫。这层纸垫由可折叠的像肋骨一样的结构制成，只需很小的力即可弯曲。无论接触的位置或角度如何，肋条都呈弯曲状态，以确保粘合垫上的力相等，并防止产生任何一个过早滑动导致物体掉落。