由劍橋大學(xué)的研究人員開發(fā)的機器人手是通過3D打印柔軟和剛性材料制成的，用于復(fù)制人手中的所有骨骼和韌帶 - 而不是肌肉或肌腱。盡管與人手相比，這限制了機器人手的運動范圍，但研究人員發(fā)現(xiàn)依靠手的機械設(shè)計仍然可以實現(xiàn)令人驚訝的寬范圍運動。
使用這種“被動”運動 - 手指不能獨立移動 - 機器人能夠模仿不同風(fēng)格的鋼琴演奏，而不會改變手的材料或機械特性。“ 科學(xué)機器人 ”雜志報道的結(jié)果可以幫助設(shè)計能夠以最少的能量使用進行更自然運動的機器人。
動物和機器中的復(fù)雜運動源于大腦(或控制器)，環(huán)境和機械體之間的相互作用。系統(tǒng)的機械特性和設(shè)計對于智能功能非常重要，并且可以幫助動物和機器以復(fù)雜的方式移動而不會消耗不必要的能量。
“我們可以利用被動來實現(xiàn)機器人的廣泛運動：例如，步行，游泳或飛行，”該論文的第一作者劍橋工程系的Josie Hughes說。“智能機械設(shè)計使我們能夠以最小的控制成本實現(xiàn)最大的運動范圍：我們希望看到機械師能夠獲得多少運動。”
在過去幾年中，由于3D打印技術(shù)的進步，軟組件已經(jīng)開始集成到機器人設(shè)計中，這使得研究人員能夠增加這些被動系統(tǒng)的復(fù)雜性。
人的手非常復(fù)雜，并且在機器人中重現(xiàn)其所有的靈活性和適應(yīng)性是一項巨大的研究挑戰(zhàn)。今天的大多數(shù)高級機器人都無法完成小孩子可以輕松完成的操作任務(wù)。
“這個項目的基本動機是了解具體的情報，即我們機械體的情報，”領(lǐng)導(dǎo)這項研究的Fumiya Iida博士說。“我們的身體由智能機械設(shè)計組成，如骨骼，韌帶和皮膚，即使沒有主動的大腦控制，也能幫助我們智能地行動。通過使用最先進的3D打印技術(shù)打印人類柔軟的手，我們現(xiàn)在能夠探索物理設(shè)計的重要性，與主動控制隔離，這對于人類鋼琴演奏者來說是不可能的。大腦不能像我們的機器人一樣“關(guān)掉”。“
“鋼琴演奏是對這些被動系統(tǒng)的理想測試，因為它是一項復(fù)雜而細微的挑戰(zhàn)，需要大量的行為來實現(xiàn)不同的演奏風(fēng)格，”休斯說。
通過考慮機械，材料特性，環(huán)境和手腕動作如何影響手的動態(tài)模型，機器人被'教'玩。通過致動手腕，可以選擇手與鋼琴相互作用的方式，允許手的具體智能確定它與環(huán)境的相互作用。
研究人員對機器人進行了編程，以便通過手腕的運動來演奏一些短片(斷奏)或平滑(連音)音符。“這只是當(dāng)時的基礎(chǔ)知識，但即使采用這種單一動作，我們?nèi)匀豢梢垣@得相當(dāng)復(fù)雜和微妙的行為，”休斯說。
盡管機器人手的局限性，研究人員表示，他們的方法將進一步研究骨骼動力學(xué)的基本原理，以實現(xiàn)復(fù)雜的運動任務(wù)，以及學(xué)習(xí)被動運動系統(tǒng)的局限性。
“這種機械設(shè)計方法可以改變我們構(gòu)建機器人的方式，”Iida說。“制造方法使我們能夠以高度可擴展的方式設(shè)計機械智能結(jié)構(gòu)。”
“我們可以擴展這項研究，以研究如何實現(xiàn)更復(fù)雜的操作任務(wù)：開發(fā)能夠執(zhí)行醫(yī)療程序或處理易碎物體的機器人，”休斯說。“這種方法還減少了控制手所需的機器學(xué)習(xí)量; 通過開發(fā)內(nèi)置智能的機械系統(tǒng)，它使機器人更容易學(xué)習(xí)控制。
