MIT 和 Stanford 研發柔性機械手臂 可安全搬運脆弱物品及人類
MIT 和 Stanford 研發柔性機械手臂 可安全搬運脆弱物品及人類
工程師們長期以來一直尋求從自然中獲取更智能的設計靈感，而黏附的園藝藤蔓無疑是一個意想不到的啟發。麻省理工學院（MIT）和斯坦福大學的研究人員如今將這一植物特性轉化為一項機器人技術突破，能夠以驚人的柔軟性包裹、緊固和提升各種物體。這種新型的機器藤蔓可以纏繞脆弱和沉重的物品，從玻璃花瓶到西瓜都能穩穩握住。一個更大的版本甚至能安全地將人從床上抬起。
該系統使用長長的充氣管道，像藤蔓一樣向外延伸，並將自身翻轉。當它們伸展時，會扭曲並纏繞在物體周圍，然後與其基座重新連接。內置的夾具固定藤蔓，而機械絞盤則將其收回，形成一個柔和的吊床狀懸架。在測試中，研究小組展示了這種藤蔓機器人能夠擠進狹窄空間，穿過雜亂的物品，並穩定那些傳統夾具難以處理的笨重負載。
研究人員認為，這項技術在農業和重型貨物搬運等領域有廣泛應用，但最直接和有意義的可能是在護理領域。麻省理工學院機械工程系的博士生Kentaro Barhydt表示，將一個人從床上轉移是護理人員最耗費體力的任務之一。這種機器人可以幫助減輕護理人員的負擔，並能為病人提供更溫和和舒適的體驗。該研究由Barhydt和斯坦福的O. Godson Osele共同主導，還有麻省理工學院的Harry Asada和斯坦福的Allison Okamura等高級研究人員參與。
這項工作建立在斯坦福早期開發的柔性、受藤蔓啟發的機器人技術上，這些機器人可以從尖端生長。這些由薄而堅韌的充氣管製成的機器人能夠在狹窄環境中充氣並蠕動，對於搜索、救援或檢查任務非常有用。麻省理工學院的團隊想知道，這種能力是否能解決老年護理中的一個長期挑戰：在不需要耗費體力的手動重新定位的情況下抬起一個人。
現有的藤蔓機器人作為開環系統運作——它們可以伸展、扭曲和彎曲，但不能形成閉合的圓圈以固定物體。為了抬起一個人，研究人員必須改變這一點。新的設計讓機器人可以在開環生長和閉合抓取之間切換。在開環模式下，藤蔓可以潛入躺在床上的人身下，一旦觸及另一側，就會回到其源頭並啟動夾持機制，形成一個連續的環路。Barhydt表示，通過在開環和閉合環之間轉換，我們可以利用兩種形式的優勢，達到新的性能水平。
為了演示這一概念，研究團隊建造了一個大型系統，安裝在一根懸臂上。充氣藤蔓從加壓箱中伸展，滑入身體下方，然後通過絞盤向上收回。麻省理工學院的Asada指出，重但脆弱的物體，如人體，使用當前可用的機器手很難抓握。我們開發了一種藤蔓狀的生長型機器人夾具，能夠包裹物體並輕柔地懸吊。Osele補充道，這項工作希望能啟發同行繼續探索整個設計空間。Okamura則指出，柔性機器人相對安全、成本低，並能為特定的人類需求進行最佳設計。
團隊還為機器手臂建造了一個小型版本，能夠在雜亂的箱子中提升從壺鈴到遊樂場球等物品。Barhydt表示，我們認為這種機器人設計可以適應多種應用。該研究發表在《Science Advances》期刊上。
