一雙巧手,真有這麼重要嗎?
40° 的夏天,窩在空調房的沙發上,開一罐可樂,再來一部電影簡直是人類終極享受。
但就這麼一個稀鬆平常,人人都會的開易拉罐動作,對於那些伸出圓手的機器人來說,是不可能完成的任務。
作爲發展的必經之路,咋讓人形機器人長手一直是研發的重點。以後的機器人要是沒有靈巧手,這人類 cosplay 已經 ooc 一半了。
可問題來了:這麼多人,花了這麼多錢,這麼多年,靈巧手到底是個啥情況呢?
我們查閱了不少資料,並採訪到了學術圈的專家,發現靈巧手看起來小小一個部件,裏面的門道還真挺多。
雖然靈巧手和人形機器人看起來是這兩年才火起來的,但實際上自上個世紀以來,相關的研究就沒停過。
來自綜述論文《Dexterous hand towards intelligent manufacturing: A review of technologies, trends, and potential applications》
我們翻到一篇 1986 年的論文,發現這四十年前的手竟然和現在的外觀看起來沒啥兩樣。
當時的人們,已經在暢想裝上雙手的機器人,能代替自己當牛馬了。
來自 1986 年論文《Design of the Utah/M.I.T Dextrous hand》
但做個雛形容易,技術迭代就複雜得多了。這之後所有的進化,共同的目標都是爲了讓機械手更靈活、全能、通用,更像人手。
來自中科院自動化所的王博士表示,想把靈巧手做好,主要得在材料、傳感器、驅動三方面下猛料。
首先,材料的改進,能讓靈巧手變得剛柔並濟。
可以說,以前的手都是 “ 鋼鐵硬漢 ”,讓它們來點微操,拿個易碎品就是一場純純的賭博。
爲了讓手更靈活通用,結構材料要追求更輕的重量,更高的強度。比如鈦合金骨架裹上柔軟的皮膚,上能工廠搬磚,下能捏雞蛋、撿薯片,重活細活兒都不在話下。
而沒有觸感的手,充其量只能叫夾子。在一個個絲滑小連招裏,怎麼讓手觸碰、感受到物體,傳感器充當着機器人的神經細胞,起着至關重要的作用。
從電阻、電容、電磁到各種各樣的柔性電子皮膚,神經越多的手越敏感。大夥兒都在努力往這個巴掌大的地方里塞東西,把傳感器卷得更小,更集中。
納米材料做的電子皮膚
硬件發展的同時,軟件驅動上,靈巧手和它的賽博兄弟們一樣,也搭上了 AI 的東風,各種花活兒訓練,迅速解鎖了一堆技能點。
比如前陣子我們逛的世界機器人大會,就有一些造型纖細,動作靈活的手。雖然它們大部分還是單獨展出,但也有裝在機械臂上,立刻吹拉彈唱樣樣精通的。
所以,靈巧手的進化之路,也不光是它自己的事兒。
人形機器人發展得飛快,要是靈巧手跟不上,整體的通用上限可就被牽制了。
而隨着技術路線的選擇越來越多,市場定價的檔位和空間也就大了。
我們翻了翻購物平臺,發現大部分機械手集中在幾千到幾萬的價位,最便宜的可能只要遊戲裏兩三發 648,最貴的能把小米 SU7 帶回家。
比如下面這個上身基礎,下身。。。沒有下身的款,價格就比較親民。
一兩千左右的手上一般沒啥高新科技,也不會配備高精傳感器和好看的皮膚,供大夥兒跑點簡單算法,擺個 pose 還是沒問題的。
不過,便宜的東西咱一眼就知道它爲啥便宜,這貴的,就各有各的不同了。有的貴在材料上,有的貴在電機上。
像是下面這款,不止手的本體貴,傳感器更貴。據說是進口的高精度觸覺傳感器,一個一萬五,兩隻手裝十個光傳感器就是十五萬。。。
而在和王老師聊天的過程中,我們發現在不同需求場景下,定價差異確實很大。比如在純科研中,一隻手七八十萬也是很常見的。
這種金貴的小手技術複雜,很難量產,用的時候不能磕着了,不能累着了,不然就要得個燒錢的小毛病。
但是要說放在服務型機器人上,本體可能才三萬塊,裝個幾十萬的手有點誇張了,反正能動就行,不必太精準。
高端科研與實際應用之間的巨大鴻溝,也正反映了當下靈巧手市場的複雜現狀。
整體來說,我們感覺靈巧手的定價還是很難明確的,大夥兒原材料來自四面八方,不量產成本難降,每個手的衡量標準也不一樣,沒法給技術含量錨個價。
像是有的手參數裏會提到傳感器精度,但到了另一家就不提這個參數;有的手更重視最大負載,但有的更注重指尖感知;這款用的是國產自研傳感器,那款用的是進口電機。。。
只能說現階段的各個靈巧手都有它們的優勢和缺點,哪個更好也要看具體需求。
或者等人形機器人長大了,讓孩子自己來挑吧。。。
最後,大夥兒可能都有過和江江一樣的疑惑 ——和機器人爲啥一定要人形一樣,靈巧手爲啥一定要追求五指?
除了應用場景下,五指能幹的活兒更多以外,王博士還從學術的角度,意外給我們打開了新世界的大門。
現在的機器人訓練數據緊缺,全靠人體採集。而在五根手指的人手引導下,三四根機械手指的形態有差異,學得就是不如五根的好。
這個來自學術的答案,讓這條擬人的研究之路顯得非常正確合理。儘管當前靈巧手不柔軟,不穩定,甚至不太靈巧,我們依然是在向正確的方向前進的。
或許我們離那雙能輕鬆打開可樂罐的神之一手還有很遠,但思路已經很清晰,剩下的可能就是用技術和時間,來填補這段漫長的距離吧。
撰文:莫莫莫甜甜
編輯:江江 & 面線
美編:萱萱
圖片、資料來源:
感謝王博士的耐心解答
Youtube、各大購物平臺
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0736584525000754
https://ieeexplore.ieee.org/document/1087395
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