挑软柿子捏！新型机器人假肢手是如何做到的？
导读
目前，市面上绝大多数的机器人都是通过「机械化」的方式，完成抓握和触觉感知。但是，这种方式过于呆板僵硬。康奈尔大学的一个研究小组设计了一种新方法，使得柔性机器人「可内在」地感知周围环境，这点和人类很相似。
博士生 Shuo Li 和光电支配的假肢握手
（图片来源于: Huichan Zhao ）
相关论文和研究团队
机械和航空航天工程助理教授、有机机器人实验室的首席调查员 Robert Shepherd 领导的研究小组，发表了一篇论文，描述了可伸缩的弹性光波导，在柔性机器人手中，起到了「弯曲、延伸和力量传感器」的作用。
博士生 Huichan Zhao 是这篇题为“通过可伸缩的光波导制成的光电支配的柔性假肢手”论文的领导作者，这篇论文于12月6日，发表于《科学机器人》杂志的首版，论文的其他贡献者还有博士生 Kevin O'Brien 和 Shuo Li，他们都来自 Shepherd 的实验室。
它与传统机器人传感器什么区别？
对于这个问题，Zhao 这么说：
“目前，大多数的机器人在「身体外部」具有传感器，能够从表面上识别物体。然而，我们的传感器集成在「身体内部」。所以，它们实际上可以识别通过机器人厚度传递过来的力量，就像我们和所有生物感受到疼痛时那样。”
相关核心技术
光波导自从1970年代，就开始广泛应用于各种感知功能，例如触觉、位置、声学。起初，制造工艺很复杂，但是过去20年来，软光刻技术和三维打印技术，导致了“弹性体”传感器的开发。这种传感器便于制造，也容易集成到柔性机器人应用中。
制造工艺和原理简介
Shepherd 的研究小组，使用了四步软光刻工艺，制造内核（光通过它传输），以及包层（波导的外表面），发光二极管（LED）和 光电二极管位于包层中。
基本原理是这样的：「假肢手变形的越厉害，光线通过内核时损耗的就越多。光线损耗的量，被光电二极管检测到，这样就让假肢可以“感知”周围物体」。
Shepherd 认为：
“如果在我们弯曲假肢时，没有光线损耗，我们无法获取任何关于传感器的数据。光线损耗的程度，取决于它弯曲的程度。”
(A) 假肢手结构和组件的示意图; (B)安装在机器人手臂上的假肢手
（图片来源于: 康奈尔大学 ）
识别西红柿成熟度
研究小组使用这种光电假肢，可以完成各种任务，包括：抓握和感知各种形状和材质的物体。最引人瞩目的是，假肢手能够触摸三个西红柿，然后通过柔软度，来判断其成熟程度。下面结合几张视频图片，介绍一下机器人识别物体（几个西红柿）的过程：
第一步：侧面触摸西红柿，扫掠一遍。
（图片来源于: 康奈尔大学 ）
第二步：对西红柿进行按压
（图片来源于: 康奈尔大学 ）
第三步：根据柔软度挑出成熟的那个
（图片来源于: 康奈尔大学 ）
应用前景和未来展望
Zhao 称，这项技术除了假肢外，具有很多潜在的应用，例如仿生机器人。Shepherd 和 机械和航空工程系副教授 Mason Peck，一起进行了用于太空探索的应用开发。
通过和Peck的合作，Shepherd 说道：
“这个项目没有知觉反馈，但是我们还是使用了传感器，实时检测其在氧化「通过电解装置」期间发生的形状变化，从而开发更佳的动作序列，让它行动的更快。”
未来，关于光波导在柔性机器人领域的研究，将专注于增加感知能力，通过「3D打印技术制造更复杂的传感器形状」，通过「机器学习解耦来自更多数量传感器的信号」。
参考资料
【1】http://mediarelations.cornell.edu/2016/12/12/new-robot-has-a-human-touch/
【2】Huichan Zhao et al. Optoelectronically innervated soft prosthetic hand via stretchable optical waveguides, Science Robotics (2016).
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