gel sight鳍状射线抓取器通过其触觉感知功能抓取一个玻璃梅森瓶。学分:麻省理工学院CSAIL。一个说话单调、行动笨拙、步伐从容的大型金属机器人的概念有点难以动摇。但是软机器人领域的从业者心中有一个完全不同的形象——自主设备由柔软的部件组成，触摸起来很温和，比机器人R2-D2或罗比更像人类的手指。麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)的Edward Adelson教授和他的感知科学小组正在研究这个模型。在最近的一个项目中，Adelson和CSAIL的机械工程博士生Sandra Liu开发了一种使用新型“GelSight Fin Ray”手指的机器人手爪，这种手指像人手一样柔软，足以操纵物体。这项工作与该领域其他工作的不同之处在于，刘和阿德尔森赋予了他们的手爪触摸传感器，可以达到或超过人类皮肤的灵敏度。
他们的工作于上周在2022年IEEE第五届软机器人国际会议上发表。
由于德国生物学家叶小开·克尼斯在1997年的一项发现，鳍鳐已经成为软机器人中的一个热门项目。他注意到，当他用手指按压一条鱼的尾巴时，光线会朝着施加的力弯曲，几乎拥抱他的手指，而不是倾斜离开。这种设计已经流行起来，但它缺乏触觉敏感性。“它的用途很广，因为它可以被动地适应不同的形状，因此可以抓住各种各样的物体，”刘解释说。“但为了超越该领域其他人已经完成的工作，我们开始在我们的手爪中加入丰富的触觉传感器。”
抓取器由两个灵活的鳍状指组成，它们与接触到的物体形状一致。手指本身是由3D打印机上制造的柔性塑料材料组装而成的，这在该领域是相当标准的。然而，通常用于软机器人抓取器的手指具有贯穿其内部长度的支撑交叉支柱，而刘和阿德尔森将内部区域挖空，以便他们可以为他们的相机和其他感官组件创造空间。
摄像机安装在中空空腔一端的半刚性底座上，空腔本身由发光二极管照明。相机面对一层由硅胶(称为“GelSight”)组成的“感觉”垫，它粘在一层薄薄的丙烯酸材料上。丙烯酸片又在内腔的相对端连接到塑料手指件上。当触摸一个物体时，手指将无缝地折叠在它周围，与物体的轮廓融为一体。通过准确确定硅和丙烯酸片在这种交互过程中如何变形，相机-以及附带的计算算法-可以评估物体的大致形状，表面粗糙度，空间方向，以及每个手指施加的力。
鸣谢:麻省理工学院的刘和阿德尔森在一项实验中测试了他们的手爪，在这项实验中，两个手指中只有一个是“感知的”他们的设备成功地处理了诸如迷你螺丝刀、塑料草莓、丙烯酸颜料管、球瓶和酒杯等物品。例如，当夹子夹着假草莓时，内部传感器能够检测到它表面的“种子”。手指抓住颜料管，但没有用力挤压，以免刺破容器，溢出里面的东西。
GelSight传感器甚至可以辨认出梅森瓶上的文字，而且是以一种相当巧妙的方式。瓶子的整体形状首先是通过观察丙烯酸片在包裹它时是如何弯曲的来确定的。然后，通过计算机算法，从硅胶垫的变形中减去该图案，剩下的是仅由字母引起的更细微的变形。
由于光线的折射，玻璃物体对基于视觉的机器人来说是一个挑战。触觉传感器不受这种光学模糊的影响。当夹子拿起酒杯时，它可以感觉到酒杯柄的方向，并确保酒杯在慢慢放下之前一直朝上。当底座接触到桌面时，凝胶垫会感应到这种接触。10次试验中有7次放置正确，谢天谢地，在这个实验的拍摄过程中没有玻璃被损坏。
卡内基梅隆大学机器人研究所的助理教授袁文振没有参与这项研究，他说:“用软机器人进行传感一直是一个很大的挑战，因为很难在软物体上安装传感器——传统上是刚性的，”袁说。这篇论文为这个问题提供了一个简洁的解决方案。作者使用了一种非常智能的设计，使他们的视觉传感器为柔性手爪工作，通过这种方式，当机器人抓取物体或与外部环境交互时，会产生非常好的结果。这项技术有很大的潜力广泛应用于现实环境中的机器人抓手。”
刘和阿德尔森可以预见GelSight鳍条的许多可能应用，但他们首先考虑的是一些改进。通过挖空手指为他们的感觉系统腾出空间，他们引入了结构不稳定，扭曲的趋势，他们认为可以通过更好的设计来抵消。他们想制造与其他研究团队设计的软机器人兼容的GelSight传感器。他们还计划开发一种三指手爪，这种手爪可以用于拾取水果片和评估它们的成熟度等任务。
在他们的方法中，触觉感知是基于廉价的组件:一个摄像头、一些凝胶和一些发光二极管。刘希望，有了像GelSight这样的技术，“就有可能开发出既实用又实惠的传感器。”至少，这是她和实验室里其他人努力的目标。
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