我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)成功研制“全手觸覺(jué)機(jī)器人仿生手”

近日，由北京大學(xué)、北京通用人工智能研究院等單位組成的聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)出全球首個(gè)同時(shí)具備全手高分辨率觸覺(jué)感知和完整運(yùn)動(dòng)能力的機(jī)器人手系統(tǒng)——“基于全手觸覺(jué)的機(jī)器人仿生手”（簡(jiǎn)稱(chēng)F—TAC Hand），展示了我國(guó)在機(jī)器人前沿技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新能力，對(duì)推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的自主創(chuàng)新和國(guó)產(chǎn)化具有重要意義。相關(guān)成果北京時(shí)間6月9日在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然·機(jī)器智能》上發(fā)表。

手部既是人類(lèi)改造自然與外界交互的重要器官，也是實(shí)現(xiàn)智能的關(guān)鍵載體。人的手部由27塊骨骼和34塊肌肉組成，提供了24個(gè)自由度的靈活性，具有結(jié)構(gòu)高度復(fù)雜、功能極為精密等特點(diǎn)。因此，對(duì)人類(lèi)手部功能的研究是具身智能與機(jī)器人研究的前沿。

人的手部在拿取物體時(shí)涉及“觸覺(jué)反饋”與“運(yùn)動(dòng)功能”兩大能力。以往的研究中，觸覺(jué)反饋與運(yùn)動(dòng)能力的整合被認(rèn)為是機(jī)器人研究領(lǐng)域中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)傳感器與結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)，使F—TAC Hand在保持完整運(yùn)動(dòng)能力的前提下，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人手掌表面高分辨率觸覺(jué)覆蓋，使機(jī)器人能夠像人類(lèi)一樣通過(guò)觸覺(jué)反饋進(jìn)行精確操作和適應(yīng)性抓取。

據(jù)介紹，高分辨率觸覺(jué)傳感器覆蓋手掌表面70%的區(qū)域，空間分辨率達(dá)到0.1毫米，相當(dāng)于每平方厘米約有1萬(wàn)個(gè)觸覺(jué)像素，遠(yuǎn)超目前商用機(jī)器人手的觸覺(jué)感知能力。此外，F—TAC Hand還借鑒了人類(lèi)手部的生物結(jié)構(gòu)，將17個(gè)高分辨率觸覺(jué)傳感器以6種不同配置集成，使其像人類(lèi)手掌一樣，在抓取過(guò)程中實(shí)時(shí)感知接觸變化并迅速調(diào)整，極大提升了機(jī)器人在不確定環(huán)境中的操作穩(wěn)定性。此外，研究團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)出生成人類(lèi)多樣化抓取策略的算法，涵蓋了人類(lèi)常見(jiàn)的19種抓取類(lèi)型。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比沒(méi)有觸覺(jué)反饋的系統(tǒng)，F—TAC Hand在面臨執(zhí)行誤差和物體碰撞風(fēng)險(xiǎn)時(shí)表現(xiàn)出顯著的適應(yīng)性?xún)?yōu)勢(shì)，平均成功率從53.5%提升至了100%。這項(xiàng)研究成果有望推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)在醫(yī)療、工業(yè)制造、特殊環(huán)境作業(yè)等領(lǐng)域的落地應(yīng)用。論文通訊作者、北京大學(xué)人工智能研究院助理教授朱毅鑫表示：“未來(lái)，我們將繼續(xù)深化觸覺(jué)感知與機(jī)器人控制的結(jié)合，探索更加智能的體感交互范式，為實(shí)現(xiàn)真正意義上的通用人工智能奠定基礎(chǔ)。”

作者：谷業(yè)凱