人手在操控世界万物方面表现出色，但金属机械手不一定如此，它们在拾取物体时可能会遇到困难。
如果抓得太紧，脆弱的物体可能会被损坏。但如果抓得不够紧，物体又可能掉落。斯坦福大学的工程师们希望通过一款新型机械手来解决这个问题，这款机械手的指垫设计能够像壁虎一样抓握。本周，《科学机器人学》杂志发表了一篇详细介绍他们原型 farmHand 的研究论文。
该项目源于斯坦福大学工程学教授马克·库特科夫斯基（Mark Cutkosky）的仿生与灵巧操控实验室，该实验室近 30 年来一直致力于研发仿生机器人。其最著名的发明之一是能够攀爬墙壁和抓取太空垃圾的、具有粘性的壁虎式机器人。但在此实例中，“粘性”与胶带等会留下粘稠残留物的物质的粘性不同。库特科夫斯基所说的“粘性”，指的是一种更干燥、更具弹性的粘性，它利用范德华力带来的微小分子间的吸引力。
这款机械手的指尖不是完全由金属构成，而是半柔软的。每个指垫表面都由壁虎粘合剂薄膜构成，下方由类似骨骼的橡胶结构支撑。库特科夫斯基设想，有了这样的手，未来这种设备将能够执行更精细的任务，例如采摘和处理传家宝番茄。
在动物界，当我们显微观察真实的壁虎手指时，会看到许多呈楔形的小柄，其末端逐渐变细成微小的、类似铲子的尖端。
他的实验室制造的壁虎粘合剂看起来像一根塑料条，是对真实壁虎手指功能的简化模仿。与胶带不同，人造壁虎粘合剂只有在以特定方式拉动时才会粘附在表面上，否则就会脱落。这是因为当粘合剂放在表面上时，只有楔形物的尖端在接触它，接触面积很小。但当沿着侧面拉动粘合剂条时，这些楔形物会全部向下倾斜，从而增大接触面积。库特科夫斯基说：“当你以正确的方式拉动它们时，接触面积会从几乎没有变得几乎连续。”“大接触面积正是范德华力能够产生附着力的原因。”
库特科夫斯基补充说：“它在攀爬方面效果很好。我们多年来一直在思考如何将其应用于更接地气的应用，例如用机械手进行抓握。”
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为了实现这一目标，研究团队必须考虑如何设计手部的结构和控制，以确保壁虎粘合剂始终按预期工作，并且不会失去抓握力。为了正确抓握物体，团队必须确保所有单个手指上的粘合剂承受并保持相同类型的力，否则物体可能会滑落。
库特科夫斯基实验室的博士生、该论文的合著者威尔逊·鲁奥托洛（Wilson Ruotolo）指出，使 farmHand 能够有效抓握和固定各种不同物品的一个重要特点是位于粘合剂贴片和机械手指骨之间的厚达一厘米的垫片。该垫片采用屈曲肋设计，对角线梁贯穿两个接触表面。
当对粘合剂施加力时，这些梁会一起开始屈曲。这种设计可以使力在所有手指之间分布，从而平均分配每个手指对抓握物体的压力。
机械手的手指还配有弯曲传感器，可以粗略测量手指在空间中的位置。它们有助于定位手部。机械手利用从电机通过肌腱传递到手指的力量反馈，来估算物体的大致硬度或柔软度，以及使用适当的力度区域。
鲁奥托洛希望在下一代机械手中集成更多的传感器，也许是能够测量触觉的传感器。
鲁奥托洛说：“我们的实验室也制造触觉传感器，所以如果能将它们集成到指垫后面，那将非常棒，这样你不仅可以检测到你挤压的力的大小，还可以检测到接触面积的大小。”这将使机器人能够根据检测到的任意物体的接触条件动态调整其抓握。
粘合剂对于拥有一个能够牢固而轻柔抓握的机械手至关重要。鲁奥托洛说：“你可以做到在施加很大拉力的情况下，几乎不施加压力的作用。”“如果你想象一下从藤蔓上摘水果，你真正想做的是扭动和拉动，而不是挤压。”
