科學家最（zuì）新（xīn）研製模擬螳螂靈敏仿生機械手

　　
    端起一杯咖啡（fēi）對一個普通人來說不是什麽難事（shì），可近三十年來這對於（yú）機器（qì）人（rén）來（lái）說卻（què）是個棘手的難題。近日，美國哈佛大學和耶魯大學的（de）研究者正在研發一種新的機（jī）械手可以解決這個難題。受到（dào）螳螂腿部結構的啟發，工程師們設計出的機械（xiè）手不僅更加靈敏，而且更適用於不會表達的機器人。
    哈佛大學仿生（shēng）機器人實驗室（shì）的引領（lǐng）人羅（luó）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研發。他們（men）認為，人類研究機（jī）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。在（zài）現實中，機（jī）器人和人類同樣存在一定困難來建（jiàn）立起手和要抓取物體之間的聯係。人類通過張開手指使其變得柔韌靈活來彌補這種失誤，從而（ér）使手指在握住並拿起物（wù）體之前能夠沿著物體的邊緣滑動;而應對失誤（wù），機器人技術研究的傳統方法是（shì）使用大（dà）量的傳感器、馬達和控製器，其結果導致機械手結構複雜，費用（yòng）昂貴。由於（yú）需要大量的計算機運算來完成最簡單的（de）任務，使得這種機械手動作更加遲緩。如果讓一隻機械手端起一隻葡（pú）萄酒高腳（jiǎo）杯（bēi），除非它以蝸牛般的速度，否則在觸碰到酒杯時（shí），在傳感信號傳（chuán）回計算（suàn）機並（bìng）作出反（fǎn）應前，機械手已經將這隻酒杯碰翻了。
　　研（yán）究者（zhě）出人（rén）意料的設計的靈感源於螳螂的腿部結構，他們選擇了完全相（xiàng）反的途徑，通過（guò）仿生螳（táng）螂（láng）的（de）腿部結構，徹底改造機械手，讓它自（zì）動調整（zhěng）以適（shì）應抓取各種形狀的物體。在上世紀80年代，加州大學（xué）伯克利的（de）羅伯特教授開始研究螳螂如何行走在崎嶇的物體表麵。螳螂的大腦很小，羅伯特認為它（tā）們不可能如此迅速地計算（suàn）出敏捷（jié）的行動。他分析了螳螂腿（tuǐ）部的力學結構和工作原理（lǐ），研究顯示它們的腿部靈活柔韌，這（zhè）種結（jié）構使（shǐ）得螳（táng）螂（láng）無需考慮就可自動調（diào）整以適應崎（qí）嶇（qū）的物體表麵。羅伯特用彈簧和絞鏈仿製了機器腿，並製造出一（yī）個八條腿的機器人，以（yǐ）驚人的速（sù）度在崎嶇的（de）物（wù）體表麵行走，而此前從未有過機器人能達到如此水平。
　 羅伯特的（de）研究震驚了機器人學界，多拉爾和豪決定通（tōng）過相似的方法（fǎ）製造出機械（xiè）手。如果能（néng）選擇合適（shì）的（de）彈簧和手指的形狀尺寸（cùn），機械手將可以變得（dé）柔韌並可沿著（zhe）物體的邊緣滑（huá）動，以抓取物體，如（rú）同人類的端起一個咖啡杯一樣。首先，他們通過（guò）電纜（lǎn）和滑輪控製兩個雙連接的塑料手（shǒu）指和一個（gè）單獨（dú）的馬達，然後再添加另外一組手指以（yǐ）穩定（dìng）地抓取（qǔ）。盡管隻有四指（zhǐ）結構，最終的機械手具備了人（rén）手的幾項特（tè）性。除（chú）此之外，機械手（shǒu）的關節能夠張開25度到45度，並且指根部的關節比手指（zhǐ）關節更加靈活。設計（jì）者同樣加裝了傳感器來感測手指觸碰（pèng）物體和關節的角度。雖然機械手的自動調整還存在很多小毛病，但傳感器能夠彌補（bǔ）一些大的失誤。
　　最終（zhōng）這個結構簡單的機械手能（néng）靈巧地完成抓取大多數物體的任務，它為未來的家（jiā）用服務機器人（rén）提供了發展（zhǎn）平台。研究者將這項技術同樣應用於假肢研究，每（měi）個（gè）手指的重量不到42.5克是個顯著優勢，因為很多被截肢者就是因為假肢（zhī）的笨重不便（biàn）而放棄（qì）使用。目（mù）前，機械（xiè）手（shǒu）尚無法熟練抓取鑰（yào）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（zhè）將增加機械手的重量和複雜程度。研究者正（zhèng）在探索一種具有可反向拇指的新構造（zào）以解決此（cǐ）問（wèn）題。
 　近三（sān）十年（nián）來，人們為了（le）改善機械手（shǒu）的（de）功能（néng）而使其（qí）變得更加（jiā）複雜，多拉爾和豪的研究（jiū）成果為機器人學界開拓了一個（gè）新思路，而這還有很長（zhǎng）的（de）路（lù）要走。
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