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新式可穿戴机械手套可辨识物体

发布时间:2020-05-03 21:19    浏览次数 :

标签: 传感器 触摸传感器 机械手

过去10年间,这种方法已成为机器人学的重要研究前沿。该领域的科学家和工程师通常受到拥有坚硬骨骼的人类和其他动物的启发,一直致力于研究硬体机器人。这些机器拥有只能围着固定关节弯曲和变直的僵硬四肢,因此其具备的优点是能以数学上可预测的方式移动。不过,它们还要求一丝不苟的程序编写和大量的反馈,以避免撞向其他物体。即便这样,在同人类、新物体打交道,或者处于崎岖的山路和其他无法预测的情形中时,它们的移动也经常变得不稳定,甚至带来危险。

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据外媒报道,美国内华达大学和阿肯色大学的研究者最近联合开发出了一种新型可穿戴机械手套,该手套内置摄像头、机械传感器和电子传感器,使用者使用时可辨别周围环境中的物体,或是用手移动他们。 据介绍,研究者将设计出一种量身定制的轻巧手套,当中会内置摄像头、机械传感器和电子传感器。这种传感器、摄像头和促动器的结合可让用户感知到物体的大小、形状和位置,并对其进行抓握。“高分辨率摄像头会首先向佩戴者告知物体的位置和形状,当靠近该物体时,距离触摸传感器便会开始工作。”内华达大学首席研究院和工程系助理教授Yantao Shen说道。 这款设备目前尚处于概念阶段,Shen和他的团队还在敲定具体的细节信息。一支由博士后、研究生和本科生组成的团队也将帮助他们进行设计,并在实验室中测试手套的实用性。Shen还计划把该项目作为高级工程设计课程的一部分,让学生有机会为这款设备开发新的功能和创新用途。

“想象一下系鞋带有多难。”美国麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室主任Daniela Rus介绍说,“这种能力正是我们想让机器人具备的。”

但是团队开发的基础算法比想象中要复杂得多。第一个被称为RetinaNet,它被设计用于扫描盘子,识别食品并在其周围放置虚拟框架。第二个算法被称为SPNet,分析每个框架中的食物类型,并找出最佳的叉起方式。

“可伸缩传感器能和皮肤一样敏感,这取决于你如何设计它们。你可以将它们调整到对手指轻微擦过或一个重30磅的物体作出反应。”康奈尔大学机械工程师Robert Shepherd表示。他开发出一种方法,可直接在软机器人上3D打印对拉伸敏感的“皮肤”。

触觉传感器

相反,主要由柔软和弹性材料建造的抓手能包裹并适应不同形状和尺寸的物体。位于马萨诸塞州剑桥市的初创公司——软机器人技术于2013年从Whitesides的研究中分离出来,目前已筹集到约450万美元用于开发弹力机械爪生产线。

触觉传感器是机器人感知外部环境的重要媒介,它对机器人正确地操作目标物体极其重要。在机器人灵活自如运动的前提下,要求触觉传感器能够准确地感知外部环境,以便实现对目标物体的各种精准操作。

不管怎样,这位老人还是在托斯卡纳海岸抓了一只章鱼,并把它交给在比萨圣安娜高等学校工作的女儿。Laschi和学生将这只动物放在一个盐水水箱中,从而研究它是如何抓到零碎的鳀鱼和螃蟹的。随后,该团队着手建造能模拟这些动作的机器人。

近年来,随着科学技术的发展,人们对智能机器人的应用场景有了更多的想象和更大的期待。下一代机器人不同于传统的工业机器人,它们将在可穿戴设备、外太空探索、先进医疗检测等领域大显身手。它们依靠各种各样的传感器感觉和分析环境,从而拥有类似于人类的感官。

Laschi说,这种想法起初很难让人接受。“刚开始,非常传统的机器人学会议并不想接收我的论文。”她说,“但如今已有专门针对这个主题的完整会议。”帮助激发起兴趣的是在高分子科学领域取得的最新进展,尤其是铸造、模塑或3D打印聚合物形成自定义绘图物体技术的开发。这使得机器人专家能更加自由、迅速地尝试制造各种柔软的形式。

“最终我们的目标是让我们的机器人帮助人们自己享用午餐或晚餐,”Srinivasa表示。“但问题不在于取代护理人员:我们希望赋予他们权力。通过机器人帮助,护理人员可以设置盘子,然后在人们吃东西时做点别的事情。”据悉,该研究发表在《IEEE Robotics and Automation Letters》上。

2007年,Cecilia Laschi让父亲为其在意大利里窝那市的海滨实验室抓一只活章鱼。后者以为Laschi疯了:作为消遣性的钓鱼人,他认为章鱼是如此容易被抓住,因此这肯定是一种非常愚蠢的动物。那么,一名同金属和微处理器打交道的机器人学研究者到底想用这种柔软黏糊的头足类动物干什么?

面对各种各样的食物,这种机械臂采用的基础算法比想象中要复杂得多。

机械章鱼能像真正的章鱼那样移动。图片来源:Science Museum

“许多工程挑战对其解决方案并不挑剔,但这项研究与人们密切相关,”该研究的通讯作者Siddhartha Srinivasa表示。“如果我们不考虑一个人咬一口是多么容易,那么人们可能无法使用我们的系统。那里有各种各样的食物,所以我们面临的最大挑战是制定策略来解决所有这些问题。”