手的特写镜头，只在鸡蛋的顶面进行高度超伸的捏捏。功劳:仿生学和灵巧操作实验室在众多的机械手和夹具中，有一个共同的敌人:传家宝番茄。你可能见过一个机器人抓手灵巧地摘下一个鸡蛋或平稳地手掌放在篮球上——但是，与人手不同，一个抓手不太可能两者兼得，一个关键的挑战仍然隐藏在中间。斯坦福大学仿生与灵巧操作实验室的前研究生威尔森·鲁奥托洛说:“你会看到机器人的手既能有力地抓握，又能精确地抓握，然后暗示它们能在这两者之间做任何事情。”。“我们想要解决的是如何创造出既灵巧又强壮的机械手。”
这一目标的结果是“农场手”，这是由斯坦福大学仿生和灵巧操作实验室的研究生工程师鲁奥托洛和丹·布劳威尔开发的机器人手，并在12月15日发表在《科学机器人》杂志上的一篇论文中进行了详细描述。在他们的测试中，研究人员证明了farmHand能够处理各种各样的物品，包括生鸡蛋、葡萄串、盘子、液体罐、篮球甚至角磨机。
FarmHand受益于两种生物灵感。虽然多关节的手指让人联想到人手——尽管是四指手——但手指上涂有壁虎启发的粘合剂。这种抓握但不粘的材料基于壁虎脚趾的结构，在过去十年中由仿生和灵巧操作实验室开发，该实验室由斯坦福大学工程学院的弗莱彻·琼斯教授马克·卡特科斯基领导，他也是这项研究的资深作者。
首次在多指拟人化的抓手上使用壁虎粘合剂是一项挑战，需要特别注意控制farmHand手指的肌腱和粘合剂下方手指垫的设计。
从农场到太空再回来
像壁虎的脚趾一样，壁虎的粘合剂通过微小的皮瓣产生一种强有力的支撑。当与表面完全接触时，这些襟翼会产生范德华力——一种微弱的分子间力，这是由分子外侧电子位置的细微差异造成的。结果，粘合剂可以牢固地抓紧，但是这样做几乎不需要实际的力。另一个好处是:它们摸起来没有粘性，也不会留下残留物。
“壁虎粘合剂的最初应用与攀爬机器人、攀爬人或抓取空间中非常大、非常光滑的物体有关。但我们一直在考虑将它们用于更实际的应用，”Cutkosky说。“问题是，事实证明壁虎粘合剂实际上非常繁琐。”
FarmHand经历了一系列操作，展示了其多样化的性能。大惊小怪的是，壁虎粘合剂必须以特定的方式与表面连接，以激活范德华力。当它们被平滑地施加到平坦表面上时，这是足够容易控制的，但是当抓握依赖于多个壁虎粘性贴片以不同角度接触物体时，例如用farmHand，则困难得多。
挤压和弯曲
在粘合剂下面，farmHand的手指垫有助于应对这一挑战。它们由可折叠的肋骨结构制成，只需很小的力就能弯曲。无论接触的位置或角度如何，肋条始终弯曲，以确保粘合垫上的力相等，并防止任何单个肋条过早滑动。
“如果你移动这些肋骨，无论你从哪里开始，弯曲都会产生类似的力，”布劳威尔说。“这是一种简单的物理行为，甚至可以部署在机器人之外的空间，可能是作为鞋胎面或全地形轮胎。”
手的肌腱也至关重要，因为它们能使手过度收缩。虽然许多机器人手和夹子会捏成“C”形的物体，比如只用指尖拿起东西，但farmHand会用手指的末端压在垫子上来捏东西。这给了粘合剂更多的工作表面积。
让设计恰到好处尤其困难，因为现有的计算机模拟很难用软对象预测现实世界的表现——这是传家宝番茄问题的另一个因素。但是，研究人员受益匪浅，因为他们能够在相对较短的周期内对许多硬塑料和软塑料部件进行3D打印和测试。他们甚至暗示，仅仅在五年前，他们的成功可能是不可能的——或者至少要慢得多。
farmHand的进一步改进可能会以反馈功能的形式出现，这些功能将帮助用户了解它是如何抓握的，以及在使用时它如何能更好地抓握。研究人员也在考虑他们工作的商业应用。
Cutkosky也是斯坦福Bio-X和吴仔神经科学研究所的成员。
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