科學家最新研製模擬螳螂（láng）靈敏仿生（shēng）機械手

　　
    端起一杯咖啡對一個普通人來說不是什（shí）麽難事，可近（jìn）三十年來這對於機器人來說卻是個棘手的難題。近日，美國哈佛大學和（hé）耶魯大學的研究者正在研發一種新的機（jī）械手可以解決這個難題（tí）。受到螳螂腿部結構的啟發，工（gōng）程（chéng）師們設（shè）計出的（de）機械手不僅更加靈敏，而且更適用於不（bú）會表（biǎo）達的（de）機器人（rén）。
    哈（hā）佛大學仿生機器人實驗室的引領人羅伯特d.豪與耶魯大學的助理教授亞倫.多拉爾，共同致力於機械手的（de）研發。他們認為，人類研究機械手近（jìn）二三十年時間，但製造（zào）出的機械手很少能夠完成靈巧的動作。在現實中，機器人（rén）和人（rén）類同樣存在一定困難來建立起手和要抓取物體之間的聯係。人（rén）類通過張開手指使（shǐ）其變得柔韌靈（líng）活來彌補這種失誤，從（cóng）而使手指在握住（zhù）並拿起物體之前能夠（gòu）沿著物體的邊緣滑動;而應對（duì）失誤，機器人技術研究的傳統方法是使用大量的傳感器、馬達和控製（zhì）器，其結果導致機械手結構複雜，費用（yòng）昂貴。由於需要大（dà）量的計算機運算來完成最簡單的任務，使得這（zhè）種機械手動作更加遲緩。如果讓（ràng）一隻機械手端起一隻葡萄酒高腳杯，除非它以蝸牛般的速度，否則在觸碰到酒杯時，在傳感信號傳回計算機並作（zuò）出反（fǎn）應前，機（jī）械手已經將這隻酒（jiǔ）杯碰翻了。
　　研究者出人（rén）意料的設計（jì）的靈（líng）感源於螳螂的腿部結構，他們選擇了完全相反的途徑，通過仿生螳螂的腿部結構，徹底改造（zào）機械手，讓它自（zì）動調整以適應抓取（qǔ）各種形狀的物體。在上世紀80年（nián）代，加州大學伯克利的羅伯特教授（shòu）開始研究（jiū）螳螂如（rú）何行走（zǒu）在崎嶇的物體（tǐ）表麵。螳螂的大腦很小，羅伯特（tè）認為它們不可能如此迅速地計算出敏捷的行動。他分析了螳螂腿部（bù）的力學結構和工作原理，研究顯示它們的腿（tuǐ）部靈活柔韌，這種結構（gòu）使得螳螂無（wú）需考慮就可（kě）自動調整以適應崎嶇的物體（tǐ）表麵。羅（luó）伯特用彈簧和絞鏈仿製了機（jī）器腿，並製（zhì）造出一個八條腿的（de）機器人，以驚人的速度在崎嶇的物體表麵行走，而此前從未有過機器人能達到（dào）如此水平。
　 羅伯特的（de）研（yán）究震驚了機器人學界，多拉爾和豪（háo）決（jué）定通過相似的方法製造出機械手。如果能選擇合適的彈簧和手指的形狀（zhuàng）尺寸，機械手將可以變得（dé）柔韌並可沿著物體（tǐ）的邊緣滑動，以抓取物體，如同人類的（de）端起一個咖啡杯一樣。首先，他們通過電纜和滑（huá）輪控製兩個雙連接（jiē）的塑料手指和（hé）一個（gè）單獨的馬達，然後再添加另外（wài）一組（zǔ）手指以穩定地抓取。盡管隻有四指結構，最終的機（jī）械手具（jù）備了人（rén）手的幾項特性。除此之外，機械手的關節能夠張開25度到45度（dù），並且指根部（bù）的關（guān）節比手指關節更加靈活。設計者同樣加裝了傳感器來（lái）感測手指觸碰物體和關節的角度。雖然機械手的自動調整（zhěng）還存（cún）在（zài）很多（duō）小毛病，但傳感器能夠彌補（bǔ）一些大的失誤。
　　最終這（zhè）個（gè）結（jié）構簡單的機械手能靈巧地（dì）完（wán）成（chéng）抓取大多數物體的任務，它為未來的家用服務機器（qì）人（rén）提供了發（fā）展平台。研究（jiū）者將這項技術同樣應用於假肢研究，每（měi）個手（shǒu）指的重量不到42.5克是個顯著優勢，因為很（hěn）多被截肢者就是因為假肢的笨（bèn）重不便而放棄使用。目前，機械手尚無法熟（shú）練抓（zhuā）取鑰匙和餐叉之類的小物件，完成這些靈巧的動作需要加裝額外的馬達，這將增加（jiā）機械手（shǒu）的重量和（hé）複雜程度。研究者正在探索一種具有可反向拇（mǔ）指的新構造以解決此問題。
 　近三十年來，人們為了改善（shàn）機械手的功能而使其變得更加複雜，多拉爾和豪的研究成果為機（jī）器人學界開拓了一個新思路，而這還有很長的路要走。
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