在大量的机械手和钳子中，有一个共同的敌人:传家宝番茄。你可能见过一个机器人手灵巧地抓鸡蛋或平稳地抓篮球——但是，与人类的手不同，一个手不太可能同时做到这两点，关键的挑战仍然隐藏在中间。gydF4y2Ba

“你会看到机器人的手做一个有力的抓握和一个精确的抓握，然后暗示他们可以做任何介于两者之间的事情，”威尔逊·鲁托洛博士说，他曾是麻省理工学院的研究生gydF4y2Ba仿生与灵巧操纵实验室gydF4y2Ba在斯坦福大学。“我们想解决的问题是如何创造既灵巧又坚固的机械手。”gydF4y2Ba

这一目标的成果就是“农场之手”，这是由斯坦福大学仿生学和灵巧操作实验室(又名“农场”)的研究生、工程师若托洛和戴恩·布劳维尔开发的机器人手gydF4y2Ba纸gydF4y2Ba12月15日发表于gydF4y2Ba科学的机器人半岛app官网gydF4y2Ba。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，甚至是角磨机。gydF4y2Ba

FarmHand受益于两种生物灵感。虽然多关节的手指让人联想到人类的手——尽管是四指的——但手指的顶部是受壁虎启发的粘合剂。这种有抓地力但不粘的材料是基于壁虎脚趾的结构，在过去的十年里由仿生和灵巧操作实验室开发出来的gydF4y2Ba马克·gydF4y2Ba他是工程学院弗莱彻·琼斯教授，也是这项研究的资深作者。gydF4y2Ba

首次将壁虎胶应用于多指拟人化抓取器是一项挑战，这需要特别注意控制farmHand手指的肌腱以及胶粘剂下方手指垫的设计。gydF4y2Ba

从农场到太空再回来gydF4y2Ba

就像壁虎的脚趾一样，壁虎胶通过微小的皮瓣创造了一个强大的支撑力。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，由分子外部电子位置的细微差异引起。因此，胶粘剂可以握紧，但需要很少的实际力量这样做。另一个好处是:它们摸起来不粘，也不会留下残留物。gydF4y2Ba

一只手在鸡蛋的上表面进行高度伸展的捏捏的特写。(图片来源:Biomimetics and dexterous Manipulation Lab)gydF4y2Ba

“壁虎胶的第一个应用与gydF4y2Ba攀爬机器人gydF4y2Ba，gydF4y2Ba攀岩的人gydF4y2Ba或者抓得很大，很光滑gydF4y2Ba空间中的物体gydF4y2Ba。但我们一直想把它们用于更实际的应用，”Cutkosky说。“问题是，壁虎胶实际上非常挑剔。”gydF4y2Ba

值得注意的是，壁虎胶必须以一种特殊的方式与表面连接，才能激活范德华力。当它们被平滑地应用在一个平面上时，这很容易控制，但当一个抓取依赖于多个壁虎粘合剂贴片以不同的角度接触一个物体时，就困难得多了，比如farmHand。gydF4y2Ba

挤压和屈曲gydF4y2Ba

在粘合剂下面，farmHand的指垫帮助解决了这一挑战。它们是由一种可折叠的肋骨结构制成的，弯曲的力量很小。无论接触的位置和角度如何，肋条始终扣紧，以确保粘接垫上的力相等，防止任何一个过早滑动。gydF4y2Ba

Brouwer说:“如果你移动这些肋骨，无论你从哪里开始，屈曲都会产生相似的力。”“这是一种简单的物理行为，甚至可以应用于机器人之外的空间，可能是鞋底或全地形轮胎。”半岛app官网gydF4y2Ba

手的肌腱也很重要，因为它们能让人进行超伸展的捏捏。许多机器人手和钳子都能捏成“C”形的物体，比如只用指尖拿起东西，而farmHand是用手指的末端一个接一个地按压。这给了粘合剂更多的表面积来工作。gydF4y2Ba

让设计变得恰到好处尤其困难，因为现有的计算机模拟很难预测软物体在现实世界中的表现——这是传家宝番茄问题的另一个因素。但是，研究人员从能够在相对较快的周期内3D打印和测试许多硬和软塑料部件中受益匪浅。他们甚至表示，仅仅在五年前，他们的成功可能是不可能的——或者至少是慢得多的。gydF4y2Ba

对farmHand的进一步改进可能会以反馈功能的形式出现，这将帮助用户了解它是如何抓取的，以及如何在使用手时更好地抓取。研究人员也在考虑将他们的工作应用到商业上。gydF4y2Ba