近日，由北京大學(xué)、北京通用人工智能研究院等單位組成的聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)，開發(fā)出全球首個同時具備全手高分辨率觸覺感知和完整運(yùn)動能力的機(jī)器人手系統(tǒng)——“基于全手觸覺的機(jī)器人仿生手”（簡稱F—TAC Hand），展示了我國在機(jī)器人前沿技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新能力，對推動機(jī)器人技術(shù)的自主創(chuàng)新和國產(chǎn)化具有重要意義。相關(guān)成果北京時間6月9日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·機(jī)器智能》上發(fā)表。
手部既是人類改造自然與外界交互的重要器官，也是實(shí)現(xiàn)智能的關(guān)鍵載體。人的手部由27塊骨骼和34塊肌肉組成，提供了24個自由度的靈活性，具有結(jié)構(gòu)高度復(fù)雜、功能極為精密等特點(diǎn)。因此，對人類手部功能的研究是具身智能與機(jī)器人研究的前沿。
人的手部在拿取物體時涉及“觸覺反饋”與“運(yùn)動功能”兩大能力。以往的研究中，觸覺反饋與運(yùn)動能力的整合被認(rèn)為是機(jī)器人研究領(lǐng)域中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。研究團(tuán)隊(duì)通過傳感器與結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計，使F—TAC Hand在保持完整運(yùn)動能力的前提下，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人手掌表面高分辨率觸覺覆蓋，使機(jī)器人能夠像人類一樣通過觸覺反饋進(jìn)行精準(zhǔn)操作和適應(yīng)性抓取。
據(jù)介紹，高分辨率觸覺傳感器覆蓋手掌表面70%的區(qū)域，空間分辨率達(dá)到0.1毫米，相當(dāng)于每平方厘米約有1萬個觸覺像素，遠(yuǎn)超目前商用機(jī)器人手的觸覺感知能力。此外，F(xiàn)—TAC Hand還借鑒了人類手部的生物結(jié)構(gòu)，將17個高分辨率觸覺傳感器以6種不同配置集成，使其像人類手掌一樣，在抓取過程中實(shí)時感知接觸變化并迅速調(diào)整，極大提升了機(jī)器人在不確定環(huán)境中的操作穩(wěn)定性。此外，研究團(tuán)隊(duì)還開發(fā)出生成人類多樣化抓取策略的算法，涵蓋了人類常見的19種抓取類型。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比沒有觸覺反饋的系統(tǒng)，F(xiàn)—TAC Hand在面臨執(zhí)行誤差和物體碰撞風(fēng)險時表現(xiàn)出顯著的適應(yīng)性優(yōu)勢，平均成功率從53.5%提升至了100%。這項(xiàng)研究成果有望推動機(jī)器人技術(shù)在醫(yī)療、工業(yè)制造、特殊環(huán)境作業(yè)等領(lǐng)域的落地應(yīng)用。論文通訊作者、北京大學(xué)人工智能研究院助理教授朱毅鑫表示：“未來，我們將繼續(xù)深化觸覺感知與機(jī)器人控制的結(jié)合，探索更加智能的體感交互范式，為實(shí)現(xiàn)真正意義上的通用人工智能奠定基礎(chǔ)。”
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