機械手「成精」了，能從手臂上溜走，拿完夠不到的東西，還能爬回來自動合體

机器之心發表於2024-10-07

機器之心報導，編輯：佳琪。

在夜深人靜之時，你正舒適地躺在床上，刷了一會兒手機，準備進入夢鄉，但房間的燈還沒關。此時此刻，是不是特別希望有一隻無形的手能飄然而至，幫你輕輕地關掉那盞燈，讓你安心入睡呢？

正窩在沙發上，手上的薯片袋子空了，但眼前的電視劇正演到高潮，不想錯過一分一秒。遠在客廳另一頭的櫃子裡，還有更多零食。這時，是不是希望有一種方式，可以不用起身，就能讓零食自動遞到嘴邊呢？

你說：「沒關係，這些活兒以後總有機器人代勞。」

但繼續想下去，腦海裡首先浮現的畫面是不是一個輪式或人形的機器人慢慢地走過去，抬起手臂，幫你把東西遞過來呢？

當我們談論有抓握能力的機器人時，我們的第一印象或許是安裝在手臂上的機器人手，或許是矗立在生產流水線旁的機械臂。究其原因，我們之所以這麼設計機器人，是因為人類的手只有和手臂連在一起的時候才管用，一旦真的「剁手」，我們就要變身「獨臂大俠」了。

但是機器人和人類並不一樣，它們的零部件都是獨立的，不必受這種限制。退一步講，如果有五個手指，然後再把它翻轉 180 度，那不就相當於有五隻腳嗎？按照這個思路想下去，我們為什麼不能做一隻能自己動的手呢？

近期，來自瑞士洛桑聯邦理工學院和麻省理工學院的研究團隊開發了一種「手腳並用」的機器人，論文將在本週於鹿特丹舉行的 ICRA@40 上發表。

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更神奇的是，它是一款很有主見的機器人。它可以從手臂脫離，然後爬行到原來夠不到的地方，識別物體，然後抓取，就像這樣：

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抓到後，它還能調整自己的姿勢，用剩下的三根手指「爬」回來，然後召喚手臂前來接應：

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尋找一下介面，對齊之後，就能再合體成一隻完整的手臂了：

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如果它不是機器人形態，那毒液可能得找它認個親。

該團隊也釋出了一個影片來介紹他們的研究成果。在影片中，他們首先展示了一個普通機械臂。

  • 影片連結：https://www.youtube.com/watch?v=3xBnIZkclI8&t=35s

如果這個機械臂想要拿桌子上的兩個物體，那麼它首先需要對手進行定位，以避免不必要的碰撞。

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有一個物體放顛倒了，機器人需要旋轉 180 度，才能抓住它。

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一旦把桌面上的兩個物體拿遠，超出機器人的臂展，那麼沒有移動能力的機械臂就拿不到了。

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為了同時解決這三個問題，該團隊設計了一隻可以反轉的機械手。除了可以自由離開手臂，它還是一個「真・多面手」，一隻手就能包攬正手和反手，讓同一隻手發揮兩隻手的效果：

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為了設計機械手，該團隊表示主要要解決兩個問題，第一是如何抓住多個物體？其次是如何實現「爬」的功能。

接下來要解決的問題是需要多少根具有 4 個自由度的手指？要達成目標，手指應該彎曲成什麼形狀？因此，該團隊設計了一個解決問題的框架。
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他們首先開發了一個全面的抓握分類方法，探索用兩個手指拿 1 個物體、再增加到同時拿 2 個、3 個物體的方式。
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接下來，他們為機械手新增了更多負責爬行功能的手指。他們利用遺傳演算法來自動調整和最佳化 CPGs 的行為，從而使得機械手能以更自然和高效的方式移動。

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具體來說，他們採用了 Mujoco 來測試和最佳化機械手的爬行能力，並使用行進距離作為適應度函式，篩選出能夠爬行得更遠的設計與引數。

最後，他們在現實世界中測試機械手的「手指抓握力」，看它是否能在爬行的時候緊緊抓住物體，還能分出正反兩面，分別抓住物體。

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而酷炫的脫離和附著功能，是透過在手腕上的磁鐵進行對齊，再由一個伸出的螺絲鎖緊，確保手部牢固地固定實現的。

這篇研究的第一作者 Xiao Gao 表示：「雖然你可能在恐怖電影中見過類似的場景，但我們是應該是第一個把這個想法引入到機器人技術裡的。」

儘管目前的演示仍然需要手動操作，但 Xiao Gao 表示，他們正在實驗室測試一款具備外部定位功能的自動化版本。整個抓取流程：包括手部的脫離、爬到手臂無法觸及的區域、拾取物體，再返回並重新附著在手臂上，已經能夠完全自動化地執行。

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