软体机器人手融合触觉与视觉 近100%准确率无损摘草莓

打印派   2026-06-12 08:36:53

解决草莓和覆盆子的采摘难题,或许要从“捏”的力度学起。一支由西弗吉尼亚大学(WVU)主导的团队研发出一款仿生软体抓手,它用硅胶和聚氨酯做手指,集成了触觉与视觉传感器,能无损摘下成熟果实,测试中形状预测准确率接近100%。对劳动力短缺的农场来说,这不只是一双“不会捏坏果子”的手,更是一套能判定“熟不熟”的决策系统。

这款抓手的设计思路直指传统农业机器人的软肋。现有的采摘系统多是为可控的温室环境设计,刚性结构极易碰伤草莓、树莓这类娇嫩水果。WVU机械、材料与航空航天工程系助理教授Anand Mishra解释,水果检验历来由人工完成,但人工面临劳动力短缺、健康隐患和判断不准确等挑战。新抓手的解决方案是:让机器自己“看”和“摸”。

软体机器人手融合触觉与视觉 近100%准确率无损摘草莓

图片来源:In the WVU Benjamin M. Statler College of Engineering and Mineral Resources Robiotics Lab run by researcher Anand Mishra, a soft robotic gripper developed for fruit picking holds a strawberry. (WVU Photo/ Jennifer Shephard)

每条手指内部嵌入了可拉伸光纤,充当曲率和触觉传感器;手掌位置则集成了一枚微型摄像头和一个距离传感器。五指开合时间不到两秒,最大抓取重量一公斤。在作业时,它能同时获取果实的大小、形状、颜色和硬度,综合判断成熟度。采摘动作也很有讲究——用扭转茎秆的方式摘下,而非粗暴剪断。

团队在草莓上完成验证。这种水果采摘窗口短,从田间到餐桌的每一个颠簸都可能造成淤伤。研究指出,这套技术对成熟度没有明显视觉特征的果实价值更大,比如牛油果,种植者判断采摘时机靠捏不靠看,恰好是触觉感知的用武之地。

Mishra在WVU的实验室叫“Robiotics Lab”,专注于模仿生物系统的软体机器人。他形容团队的设计“捏起来软乎乎、弹弹的”,灵感既有人的手部结构,也有海星的形态。柔软的躯体吸收外力方式与刚性机械截然不同,这让抓手在太空中精细操作、医疗康复和食品处理等领域同样有迁移潜力。

这项成果已发表在《自然·通讯》(Nature Communications)。当农业机器人从“能摘”进化到“会挑”,下一步要解决的问题不再是机械臂能不能动,而是它摘下来的每一颗果子,是否真的到了该被摘的时刻。


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