MIT机械手可感知地下被埋物体，超纤细手指在地下转向灵活触感敏锐!

不知道大家是否有过“在超市里把手伸进散装大米”的经历？

曾有一位网友“动情”地描述过“把手伸进大米里”的奇妙感受：流沙般的陷落感，仿佛整支胳膊都可以被吞没，无法自拔。

这种精敏的触感是人类特有的，如果在大米里找东西，我们可以很容易的根据触感找到。

那机械手怎么从大米里找到埋藏的物体呢？

麻省理工学院（MIT）的研究人员设计了一种配备触觉感应的尖头机械手，叫做Digger Finger，能够挖掘沙子和大米等颗粒状介质，并正确地感知到埋藏物品的形状，这种技术未来可以执行各种地下任务，例如寻找埋地电缆或拆除埋地炸弹。

▍手指要纤细触感要敏锐

目前，很多机械手都可以识别物体，有的还能够根据物体形状调整抓取力，但这些的前提是，他们在正常的外部环境中。

如果机械手伸进沙子、泥土、大米等颗粒状材料里，辨别并抓取被埋物体，这就变得很难了。

要做到这一点，第一个挑战是形式问题，机器人需要足够纤细的手指，以穿透沙子，不仅如此，还要灵活的自由扭动，并且要足够灵敏以感觉到埋藏物体的具体形状。

MIT的研究人员找到了一种名为GelSight的触觉传感器，可以充当“Digger Finger”的“手指”。该传感器由一层透明的凝胶组成，上面覆盖着一层反射膜，当物体压在上面时，反射膜会变形。

反射膜后面是三种颜色的LED灯和一个摄像头。光线通过凝胶照射到薄膜上，而相机则收集薄膜的反射模式。计算机视觉算法可以提取出触摸物体时的接触区域的三维形状。

这个传感器看起来很完美，也确实具有极好的人工触觉，但体积太大，要让机械手伸进大米中，就必须要缩小体积。

对于“Digger Finger”，研究人员主要通过两种方式缩小了他们的GelSight传感器。首先，他们把形状改成了一个有斜角的细长圆柱体。接下来，他们放弃了三分之二的LED灯，使用了蓝色LED和彩色荧光涂料的组合，这节省了很多复杂性和空间，最终“Digger Finger”的触感膜约为2平方厘米，和人类指尖差不多。

▍机械振动实现灵活转向，有效对抗颗粒堵塞

光有纤细的“手指”还不够，它必须能够在大米中转向灵活，但大量的颗粒介质产生的阻力很大。为此，MIT团队为“DiggerFinger”增加了振动功能，并在沙子和大米中对其进行了一系列测试。

快速的机械振动有助于“流化”介质，可以帮助“Digger Finger”挖的更深，并克服颗粒介质的阻力，由于沙子更细小，这种流化效果在沙子中比在大米中更难实现。

MIT团队还在大米和沙子中测试了各种扭曲转向运动，有时，每种介质颗粒会卡在“Digger Finger”的触觉膜与埋藏物体之间。在大米中，被困的颗粒大到足以完全掩盖物体的形状，可以通过一点机械手的摆动来清除遮挡物；被困的沙子更难清除，不过小颗粒的沙子意味着“Digger Finger”仍然可以感知目标物体的总体轮廓。

▍应用场景覆盖各种复杂环境

寻找埋藏在粒状物质中的物体，这并不是一个全新的探索领域，之前使用的技术大多是探地雷达或超声波振动等，但这些技术只能提供埋藏物体的模糊视图，比如，可能分不清地下的是岩石还是骨头。

这项研究的第一作者Radhen博士表示“我们的想法是让手指具有良好的触觉，能够区分它所感受到的各种不同的东西。未来人类可以在各种复杂的环境下使用Digger Finger，比如找到并拆除埋在地下的炸弹，在手术过程中摸索肿瘤，甚至简单到在口袋里摸索钥匙！”

【参考链接】

https://arxiv.org/pdf/2102.10230.pdf

https://techxplore.com/news/2021-05-slender-robotic-finger-items.html

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