在大量机械手和夹具中，有一个共同的敌人：传家宝番茄。您可能已经看到机器人抓手灵巧地采摘鸡蛋或平稳地握住篮球——但是，与人手不同，一个抓手不太可能同时做到这两点，关键挑战仍然隐藏在中间地带。

一只手的特写镜头，仅在鸡蛋的顶部表面进行高度过度伸展的捏合。图片来源：仿生学和灵巧操作实验室

斯坦福大学仿生学和灵巧操作实验室的前研究生威尔逊·罗托洛 (Wilson Ruotolo) 说：“你会看到机械手进行强力抓握和精确抓握，然后暗示它们可以做任何事情。我们想要解决的是如何创造既灵巧又强大的操纵器。”

这个目标的结果是“farmHand”，这是一种由工程师 Ruotolo 和 Dane Brouwer 开发的机械手，他是斯坦福大学仿生学和灵巧操作实验室的研究生（又名“农场”），并在 12 月 15 日发表的一篇论文中进行了详细介绍在科学机器人。在他们的测试中，研究人员证明了 farmHand 能够处理各种各样的物品，包括生鸡蛋、葡萄串、盘子、罐装液体、篮球甚至角磨机。

FarmHand 受益于两种生物灵感。虽然多关节的手指让人联想到人类的手——尽管是四指——但手指上涂有壁虎风格的粘合剂。这种抓地力但不粘的材料基于壁虎脚趾的结构，由仿生学和灵巧操作实验室在过去十年中开发，由斯坦福大学工程学院的弗莱彻琼斯教授 Mark Cutkosky 领导，他也是资深作者这项研究的。

首次在多指拟人抓手上使用壁虎粘合剂是一项挑战，这需要特别注意控制 farmHand 手指的肌腱以及粘合剂下方的指垫设计。

从农场到太空再返回

就像壁虎的脚趾一样，壁虎粘合剂通过微小的皮瓣产生牢固的固定。当与表面完全接触时，这些襟翼会产生范德华力——一种微弱的分子间力，由分子外部电子位置的细微差异引起。因此，粘合剂可以牢固地抓握，但需要很少的实际力来做到这一点。另一个好处：它们摸起来不会发粘或留下残留物。

“壁虎粘合剂的第一个应用与攀爬机器人、攀爬人或抓取空间中非常大、非常光滑的物体有关。但我们一直在考虑将它们用于更实际的应用， ”卡特科斯基说：“问题是事实证明，壁虎粘合剂实际上非常挑剔。”

FarmHand 经历了一系列操作，展示了其多样化的性能能力。

大惊小怪的是，壁虎粘合剂必须以特定方式与表面连接，以激活范德华力。当将它们平滑地涂抹在平坦的表面上时，这很容易控制，但当抓握依赖于多个壁虎粘合剂贴片以不同角度接触物体时，例如使用 farmHand，则要困难得多。

挤压和屈曲

在粘合剂下方，farmHand 的指垫有助于应对这一挑战。它们由可折叠的肋骨结构制成，只需很小的力即可弯曲。无论接触的位置或角度如何，肋条始终弯曲，以确保粘合垫上的力相等，并防止任何一个过早滑动。

“如果你移动这些肋骨，无论你从哪里开始，屈曲都会产生类似的力，”布劳威尔说：“这是一种简单的物理行为，甚至可以部署在机器人技术之外的空间中，例如鞋面或全地形轮胎。”

手的肌腱也很重要，因为它们可以实现过度伸展的捏合。虽然许多机器人手和夹子会以“C”形夹住物体，就像只用指尖捡起东西一样，但farmHand 用手指的末端按着垫子来捏住。这为粘合剂提供了更多的表面积。

使设计恰到好处尤其困难，因为现有的计算机模拟很难预测软物体的真实性能——这是传家宝番茄问题的另一个因素。但研究人员从能够以相对较快的周期进行 3D 打印和测试许多硬塑料和软塑料组件中受益匪浅。他们甚至暗示，仅仅在五年前，他们的成功可能是不可能的——或者至少要慢得多。

对farmHand 的进一步改进可能会以反馈功能的形式出现，这将帮助用户了解它的抓握方式以及在使用时如何更好地抓握。研究人员还在考虑将他们的工作用于商业应用。

Cutkosky 还是斯坦福 Bio-X 和吴蔡神经科学研究所的成员。