纤细的机械手指可感觉到被埋物品

麻省理工学院的研究人员开发了一种“挖掘机手指”机器人，该机器人可以挖掘诸如沙子和砾石之类的颗粒状物质，并感测掩埋物体的形状。图片来源：麻省理工学院多年来，只要它们是公开的，机器人就已经非常擅长识别物体。

辨别诸如沙子之类的粒状材料中的掩埋物品是一项较高的任务。要做到这一点，机器人将需要细长的手指以穿透沙子，移动时足以使沙粒堵塞时自由活动，并且要足够敏感以感觉到被埋物体的详细形状。

麻省理工学院的研究人员现在已经设计了带有触觉感应的尖尖机器人手指，以应对识别掩埋物体的挑战。在实验中，恰当地称为Digger Finger能够挖掘诸如沙子和大米等颗粒状介质，并且可以正确地感测其遇到的浸没物品的形状。研究人员说，该机器人有一天可能会执行各种地下任务，例如寻找埋藏的电缆或解除埋藏的炸弹的武装。

寻求识别埋在粒状材料中的物体(沙子，砾石和其他类型的松散堆积的颗粒)并不是一项崭新的任务。以前，研究人员使用了从上方感应地下的技术，例如探地雷达或超声振动。但是这些技术仅提供了被淹没物体的朦胧视图。例如，他们可能难以区分岩石和骨骼。

Adelson说：“因此，其想法是使手指具有良好的触感，并且可以区分各种感觉。” “例如，如果您想寻找并禁用埋藏的炸弹，那将很有帮助。” 使这个想法成为现实意味着要消除许多障碍。

团队面临的第一个挑战是形式问题：机械手的手指必须细长且尖锐。

在先前的工作中，研究人员使用了一种名为GelSight的触觉传感器。该传感器由覆盖有反射膜的透明凝胶组成，当物体压在其上时，该凝胶会变形。膜后面是三种颜色的LED灯和一个摄像头。光线照耀着凝胶并射到膜上，而相机则收集了膜的反射图案。然后，计算机视觉算法提取了软手指触摸对象的接触区域的3D形状。该装置提供了极好的人造触摸感，但是不方便笨重。

对于Digger Finger，研究人员通过两种主要方法来缩小其GelSight传感器的厚度。首先，他们将形状更改为带有斜角尖端的细长圆柱体。接下来，他们结合使用了蓝色LED和彩色荧光涂料，放弃了三分之二的LED灯。欧阳说：“这节省了很多复杂性和空间。” “这就是我们能够将其转换为如此紧凑的形式的方式。” 最终产品采用了一种设备，其触觉感应膜约为2平方厘米，类似于手指的尖端。

整理好尺寸后，研究人员将注意力转移到运动上，将手指放在机器人手臂上，并挖出细粒沙子和粗粒米。当大量颗粒被锁定在适当的位置时，颗粒状介质倾向于卡住。这使其难以渗透。因此，团队为Digger Finger的功能增加了振动，并进行了一系列测试。

帕特尔说：“我们想看看机械振动如何有助于更深地挖掘和克服堵塞。” “我们在不同的工作电压下运行振动电机，这会改变振动的幅度和频率。” 他们发现，快速的振动有助于“流化”介质，清除堵塞并允许更深的挖洞，尽管在沙子中比在水稻中更难达到这种流化效果。

他们还测试了大米和沙子中的各种扭曲运动。有时，每种类型的介质的颗粒都会卡在Digger-Finger的触觉膜和它试图感知的掩埋物体之间。当这种情况在大米中发生时，被困的谷物足够大，可以完全遮挡物体的形状，尽管通常可以通过一点点机器人摇摆来清除阻塞。被困的沙粒很难清除，尽管谷物的尺寸很小，但挖掘手指仍然可以感觉到目标物体的一般轮廓。

帕特尔说，操作员将不得不针对不同的设置调整“挖指”的运动模式，“取决于介质的类型以及谷物的大小和形状。” 该团队计划继续探索新的动作，以优化Digger Finger导航各种媒体的能力。

阿德尔森说，“挖掘手指”是该程序的一部分，该程序扩展了可以使用机器人触摸的领域。人类在复杂的环境中使用手指，无论是在裤子口袋里钓鱼还是在手术过程中感觉到肿瘤。Adelson说：“随着我们在人造触摸方面的能力不断提高，我们希望能够在您被各种分散注意力的信息所包围的情况下使用它。” “我们希望能够区分重要的内容和不重要的内容。”

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