工程师们发明了一只像壁虎一样抓握的机械手

人类的手非常善于操纵世界上的事物，但对于金属机械手来说却不一定如此，因为它很难拿起物体。

如果机器人夹住精密物体的力度过大，可能会将其损坏。但如果机器人抓握力度不够，又可能会将其掉落。斯坦福工程师希望通过一种新型机械手解决这个问题，这种机械手的指垫可以像壁虎一样抓握。本周， 《科学机器人》杂志发表了一项详细介绍其原型 farmHand 的研究。

该项目诞生于斯坦福大学工程学教授马克·卡特科斯基的仿生与灵巧操作实验室，该实验室专注于创造仿生机器人已有约 30 年。该实验室最著名的发明是粘性壁虎机器人，它们可以爬墙并抓住太空垃圾。但在这种情况下，“粘性”与胶带等物质的粘性不同，胶带会留下粘性残留物。卡特科斯基说的“粘性”是指一种更干燥、更有弹性的粘性，它利用了范德华力产生的微小分子之间的吸引力。

这只机械手并非全金属结构，而是半软的指尖，每个指垫表面都由一层壁虎粘合剂制成，下方有橡胶骨状结构支撑。卡特科斯基想象，有了这样的手，有一天该设备可以执行更复杂的任务，例如采摘和处理祖传番茄。

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在动物世界中，当你用显微镜放大真正的壁虎手指时，你会看到楔状的柄逐渐变细成微小的、像铲子一样的尖端。

他的实验室制造的壁虎粘合剂看起来像一条塑料条，是对真实壁虎手指功能的简化模仿。与胶带不同，人造壁虎粘合剂只有以某种方式拉动才能粘在表面上，否则会脱落。这是因为当粘合剂放在表面上时，只有楔形物的尖端接触表面，几乎没有任何接触面积。但是当将条带侧向拉动时，这些楔形物都会平放，从而增加了接触面积。 “当你以正确的方式拉它们时，它们会从几乎没有接触面积变成几乎连续接触，”Cutkosky 说。“正是这种大面积的接触让范德华力产生了粘附力。”

“它非常适合攀爬，”Cutkosky 补充道。“多年来，我们一直在思考如何将它用于更实际的应用，比如用机械手抓取东西。”

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为了实现这一点，团队必须思考如何设计这只手的结构和控制，以便壁虎粘合剂始终能够按其需要的方式工作，而不会失去抓握力。为了正确地抓住一个物体，团队必须确保每个手指上的所有粘合剂都受到并保持相同类型的力，否则它试图抓住的物体可能会滑落。

卡特科斯基实验室的博士生、论文第一作者威尔逊·鲁奥托洛指出，farmHand 能够有效抓取和握住各种不同物品的一大特点是位于粘性贴片和机器人指骨之间的一厘米厚的垫子。该垫子采用屈曲肋设计，对角梁横跨两个接触面。

当力施加到粘合剂上时，这些梁将开始弯曲在一起。这种设计可以将力分散到所有手指上，因此平均而言，每个手指对所抓物体施加的压力是相同的。

机器人的手指还配有弯曲传感器，可以粗略地测量手指在空间中的位置。它们有助于定位手。机器人手利用来自电机、肌腱和手指的力的反馈来估计物体的硬度和软度，以及对其施加力的正确区域。

Ruotolo 希望在下一代机械手中集成更多的传感器，也许是可以测量触觉的传感器。

“我们的实验室还制作触觉传感器，因此将这些传感器集成到垫子后面真的很酷，这样你不仅可以检测到挤压的力度，还可以检测到接触面积，”Ruotolo 说。这将允许机器人根据它在任意物体中检测到的接触条件动态调整其抓握方式。

粘合剂对于让机械手能够稳固而轻柔地抓取物体至关重要。“你可以做一些事情，在不施加很大压力的情况下施加相当大的拉力，”Ruotolo 说。“想象一下从藤蔓上摘下一个水果，你真正想要做的是扭动和拉动，而根本不用挤压。”