科學家最（zuì）新研製模擬螳螂靈敏（mǐn）仿生機械手

　　
    端起一杯咖啡對（duì）一個普（pǔ）通人來說不（bú）是什麽難（nán）事，可近三十年來這對於機器人來說卻（què）是個棘手（shǒu）的難題。近日，美國哈佛大學和耶魯大學的研究者正在研（yán）發一種新的機械手可以解（jiě）決這個難題。受到螳螂腿部結構（gòu）的啟（qǐ）發，工程師們設計出的機械手不僅更加（jiā）靈敏，而且更適用於不會表達的機器人。
    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（duō）拉爾，共（gòng）同致力於機械（xiè）手的研發。他們認為，人類研究機械手近二三十（shí）年時間，但製造出的機械手很少能夠完成靈巧的動作（zuò）。在現實中，機（jī）器人（rén）和人類同樣存在一（yī）定困難來建（jiàn）立起（qǐ）手和要抓取物體之間的聯係。人類通過張開手（shǒu）指使其變得柔韌靈（líng）活（huó）來彌補這（zhè）種失誤，從（cóng）而使手指在握住並拿起物體之前能夠沿著物體的邊緣滑動;而應對失誤，機（jī）器人技術研究的傳統方法是使用大量的傳感器（qì）、馬達和控製器（qì），其結果導致機械手結構複雜，費用昂貴。由於需要大（dà）量的計算機運算來完成最簡單的任務，使得這種機械手動作更加遲（chí）緩（huǎn）。如果讓一隻機械手端（duān）起一隻葡萄酒高腳杯，除非它（tā）以（yǐ）蝸牛般的速度（dù），否則在觸碰到酒杯時（shí），在傳感信號傳回計算機並作出反應前（qián），機械手已經將這隻酒杯碰翻了。
　　研究（jiū）者出人意料的設計（jì）的靈感源於螳螂的（de）腿部結構，他們選擇了完全相反的途徑，通過仿生螳（táng）螂的腿部結（jié）構，徹底改造機械手，讓它自動調整以（yǐ）適應抓取各種形狀的物體（tǐ）。在上世紀80年代，加州大學伯克利的羅（luó）伯特教授開始研究螳螂如何行走在崎嶇的物體表（biǎo）麵。螳螂的大腦很小，羅伯特認為它們不可能如此迅速地計算（suàn）出敏捷的（de）行動。他分析了（le）螳螂腿部的力學結（jié）構和工作原（yuán）理，研究顯示它們的（de）腿部靈活柔韌，這種結構使得螳螂無需考慮就可自動調整以適應崎嶇的（de）物體表麵。羅伯特用（yòng）彈簧和絞（jiǎo）鏈仿製了機（jī）器腿，並製造出一個八條腿的機器人，以驚人的速度在崎嶇的（de）物體表麵行走（zǒu），而此前從（cóng）未有過機器人能達到如此水平。
　 羅伯特的研究震驚了機器人學界，多拉爾和豪決定通過相似的方法製造出機械手。如（rú）果能選擇合適的彈簧和手（shǒu）指的形狀（zhuàng）尺寸，機械手將可以（yǐ）變得柔韌並可（kě）沿著（zhe）物體的邊緣（yuán）滑動，以抓（zhuā）取物體，如同人類的端起一個咖啡杯一樣（yàng）。首先，他們通過電纜和滑輪控製兩個雙連接的塑（sù）料手（shǒu）指和一個單獨的馬達，然後再添加另外一組手指以穩定地抓取。盡管隻有四指結構，最終的機械手具備了人手的幾項特性。除此之外，機械手的關節能夠張開25度到45度，並且指根部的關節比手指關節更加靈活。設計者同樣加裝了傳感器（qì）來感測手指觸碰物體和關節的（de）角度。雖然機械手的自動調整還存在很多小毛病，但傳感器（qì）能夠彌補一些大的失誤。
　　最終這（zhè）個結（jié）構簡單的機（jī）械手能靈巧地完成（chéng）抓取大多數物體的任務，它為（wéi）未來的家用服務機器人提供了發展平台。研究者將這項技術同（tóng）樣應用於假肢研究，每個手指的重量不到42.5克是（shì）個顯著優勢，因為很（hěn）多被截肢者就是因為假肢（zhī）的笨重不便而放棄使用。目（mù）前（qián），機（jī）械（xiè）手尚無法熟練抓取鑰匙和餐叉（chā）之類的小物件，完成這些靈巧的動作需要加裝額外的馬達，這將增加機械（xiè）手（shǒu）的重（chóng）量和複雜程度。研究者正在探索一種具有可反（fǎn）向拇指（zhǐ）的新構造以解決此問題。
 　近（jìn）三十年來，人們為（wéi）了改善機械手的功能（néng）而使其變得更加複雜，多拉爾和豪的研究成果為機器人學界開拓了一個新思路，而這還有很長的路要走（zǒu）。
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