快科技资讯 09月01日
机器人灵巧手:从40年前的畅想到如今的AI赋能
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灵巧手是人形机器人发展的关键。虽然早在1986年就有相关研究,但要实现更灵活、全能、通用的人手,需要在材料、传感器和驱动方面取得突破。材料上,从“钢铁硬汉”到刚柔并济的钛合金骨架包裹柔软皮肤,以适应不同任务。传感器方面,柔性电子皮肤和纳米材料的应用,赋予机械手更强的触感和感知能力。驱动上,AI技术的融入,让灵巧手迅速掌握各种复杂技能。目前市场上的灵巧手价格差异巨大,从几千到几十万不等,主要取决于材料、传感器精度和功能。尽管仍存在稳定性、柔软度和量产成本等挑战,但灵巧手正朝着更接近人手的方向发展,五指设计在数据采集和训练方面也具有优势,预示着机器人未来更广阔的应用前景。

⚙️ **材料与结构的演进**:早期的灵巧手多为“钢铁硬汉”式的刚性结构,限制了其精细操作能力。现代灵巧手正朝着刚柔并济的方向发展,例如采用轻质高强度钛合金作为骨架,外覆柔软的皮肤,使其既能执行重型任务,又能进行精密抓取,如捏鸡蛋和拾取薯片,大大提升了通用性和灵活性。

💡 **传感器技术是关键**:触感是灵巧手区别于普通夹具的核心。通过集成电阻、电容、电磁以及先进的柔性电子皮肤和纳米材料,机械手的“神经系统”得到极大增强,使其更加敏感。这些微型化、高度集成的传感器是实现精细感知和复杂操作的基础。

🤖 **AI驱动的技能解锁**:软件驱动的进步,特别是人工智能的应用,极大地加速了灵巧手的学习和技能提升。通过AI训练,灵巧手能够快速解锁包括吹拉弹唱在内的多种复杂动作,并可集成到机械臂上,实现更广泛的应用,如在世界机器人大会上展示的纤细而灵活的手。

💰 **定价的复杂性与市场现状**:灵巧手的价格区间非常宽泛,从几千元的基础款到几十万元的高端科研定制款。价格差异主要体现在材料成本、传感器精度(如进口高精度触觉传感器单个可达一万五)、电机性能以及是否为科研级定制。这种高昂的成本和难以规模化生产的特性,形成了科研与实际应用之间的巨大鸿沟。

🖐️ **五指设计的合理性**:尽管存在其他形态,五指设计在机器人领域依然被重视。从学术角度看,五指结构在引导机器人训练数据采集方面具有优势,能够帮助模型学习更精细的动作。这使得拟人化的研究方向显得尤为正确和合理,尽管目前灵巧手在柔软度、稳定性等方面仍有提升空间。

一双巧手,真有这么重要吗?

40° 的夏天,窝在空调房的沙发上,开一罐可乐,再来一部电影简直是人类终极享受。

但就这么一个稀松平常,人人都会的开易拉罐动作,对于那些伸出圆手的机器人来说,是不可能完成的任务。

作为发展的必经之路,咋让人形机器人长手一直是研发的重点。以后的机器人要是没有灵巧手,这人类 cosplay 已经 ooc 一半了。

可问题来了:这么多人,花了这么多钱,这么多年,灵巧手到底是个啥情况呢?

我们查阅了不少资料,并采访到了学术圈的专家,发现灵巧手看起来小小一个部件,里面的门道还真挺多。

虽然灵巧手和人形机器人看起来是这两年才火起来的,但实际上自上个世纪以来,相关的研究就没停过。

来自综述论文《Dexterous hand towards intelligent manufacturing: A review of technologies, trends, and potential applications》

我们翻到一篇 1986 年的论文,发现这四十年前的手竟然和现在的外观看起来没啥两样。

当时的人们,已经在畅想装上双手的机器人,能代替自己当牛马了。

来自 1986 年论文《Design of the Utah/M.I.T Dextrous hand》

但做个雏形容易,技术迭代就复杂得多了。这之后所有的进化,共同的目标都是为了让机械手更灵活、全能、通用,更像人手。

来自中科院自动化所的王博士表示,想把灵巧手做好,主要得在材料、传感器、驱动三方面下猛料。

首先,材料的改进,能让灵巧手变得刚柔并济。

可以说,以前的手都是 “ 钢铁硬汉 ”,让它们来点微操,拿个易碎品就是一场纯纯的赌博。

为了让手更灵活通用,结构材料要追求更轻的重量,更高的强度。比如钛合金骨架裹上柔软的皮肤,上能工厂搬砖,下能捏鸡蛋、捡薯片,重活细活儿都不在话下。

而没有触感的手,充其量只能叫夹子。在一个个丝滑小连招里,怎么让手触碰、感受到物体,传感器充当着机器人的神经细胞,起着至关重要的作用。

从电阻、电容、电磁到各种各样的柔性电子皮肤,神经越多的手越敏感。大伙儿都在努力往这个巴掌大的地方里塞东西,把传感器卷得更小,更集中。

纳米材料做的电子皮肤

硬件发展的同时,软件驱动上,灵巧手和它的赛博兄弟们一样,也搭上了 AI 的东风,各种花活儿训练,迅速解锁了一堆技能点。

比如前阵子我们逛的世界机器人大会,就有一些造型纤细,动作灵活的手。虽然它们大部分还是单独展出,但也有装在机械臂上,立刻吹拉弹唱样样精通的。

所以,灵巧手的进化之路,也不光是它自己的事儿。

人形机器人发展得飞快,要是灵巧手跟不上,整体的通用上限可就被牵制了。

而随着技术路线的选择越来越多,市场定价的档位和空间也就大了。

我们翻了翻购物平台,发现大部分机械手集中在几千到几万的价位,最便宜的可能只要游戏里两三发 648,最贵的能把小米 SU7 带回家。

比如下面这个上身基础,下身。。。没有下身的款,价格就比较亲民。

一两千左右的手上一般没啥高新科技,也不会配备高精传感器和好看的皮肤,供大伙儿跑点简单算法,摆个 pose 还是没问题的。

不过,便宜的东西咱一眼就知道它为啥便宜,这贵的,就各有各的不同了。有的贵在材料上,有的贵在电机上。

像是下面这款,不止手的本体贵,传感器更贵。据说是进口的高精度触觉传感器,一个一万五,两只手装十个光传感器就是十五万。。。

而在和王老师聊天的过程中,我们发现在不同需求场景下,定价差异确实很大。比如在纯科研中,一只手七八十万也是很常见的。

这种金贵的小手技术复杂,很难量产,用的时候不能磕着了,不能累着了,不然就要得个烧钱的小毛病。

但是要说放在服务型机器人上,本体可能才三万块,装个几十万的手有点夸张了,反正能动就行,不必太精准。

高端科研与实际应用之间的巨大鸿沟,也正反映了当下灵巧手市场的复杂现状。

整体来说,我们感觉灵巧手的定价还是很难明确的,大伙儿原材料来自四面八方,不量产成本难降,每个手的衡量标准也不一样,没法给技术含量锚个价。

像是有的手参数里会提到传感器精度,但到了另一家就不提这个参数;有的手更重视最大负载,但有的更注重指尖感知;这款用的是国产自研传感器,那款用的是进口电机。。。

只能说现阶段的各个灵巧手都有它们的优势和缺点,哪个更好也要看具体需求。

或者等人形机器人长大了,让孩子自己来挑吧。。。

最后,大伙儿可能都有过和江江一样的疑惑 ——和机器人为啥一定要人形一样,灵巧手为啥一定要追求五指?

除了应用场景下,五指能干的活儿更多以外,王博士还从学术的角度,意外给我们打开了新世界的大门。

现在的机器人训练数据紧缺,全靠人体采集。而在五根手指的人手引导下,三四根机械手指的形态有差异,学得就是不如五根的好。

这个来自学术的答案,让这条拟人的研究之路显得非常正确合理。尽管当前灵巧手不柔软,不稳定,甚至不太灵巧,我们依然是在向正确的方向前进的。

或许我们离那双能轻松打开可乐罐的神之一手还有很远,但思路已经很清晰,剩下的可能就是用技术和时间,来填补这段漫长的距离吧。

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