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Highlighting JAPAN

 

 

好像自己触碰到一般,能传递真实的感觉的机械手臂

可以捏起薯片,将以往机器人所不擅长的“增减力道”化为可能的机械手臂终于被研发出来了。它可以把接触到物品的感觉传递给人,并且有望将其应用在Avatar(能成为自己分身的机器人)、还拥有触觉假肢等能力。

由庆应义塾大学理工学部系统设计工学科的专任讲师野崎贵裕等人开发的双臂型机器人“General Purpose Arm(GP-Arm)”,可以用指尖捏起薯片,在不弄破水气球的情况下将其拿起来。之所以它能够做到这些以往机器人很难做到的动作,是因为它可以像人类一样“增减力道”。

GP-Arm是由机械手臂的“从动装置(Slave)”和人类操作的“主控装置(Master)”组成的。机械手臂抓住物品后,会将触感传递到操作主控装置的人的指尖上,主控装置一侧可以根据触感来增加或减少力度。通过主控装置里的HMD(头戴式显示器)可以看到从动装置上安装的摄像头拍到的影像,当操作者脚上用力时,主控装置中设在脚下的肌肉测定系统会检测到这一信号,从而控制机器人前后移动。在远处的人会有一种仿佛自己在那里亲自接触并移动物体一样的感觉。

传递触觉的结构,是以大西公平特任教授(当时是教授)于2002年在世界上首次实现的Haptic(触感)技术“基于加速度的双向控制方式(Acceleration-based Bilateral Control, ABC方式)”作为核心技术的。通过将机械手臂触碰到物体并对其施加压力时的“触感”瞬间信号化的技术,把用力时马达的扭矩(Torque)数值化。通过将该信息实时地传达给人,从而实现真实的触觉。由于将力量的增减进行了数值化,所以即便没有操作人,机器人自己也可以做到同样的动作、工作。

野崎先生在谈到真实触感(Real-Haptics)的研究背景时,说“在视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉这五感中,触觉是最难通过机械再现的。目前有的触觉机器基本都是通过给予皮肤震动从而让人‘自觉地去握住’,虽然能应用到游戏领域,但还不足以用在实际抓取东西上”。

GP-Arm的应用范围很广,包括且不限于医疗、福利、制造业,目前他们正在与各种各样的企业合作,共同进行研究和验证实验。根据大小和硬度的不同来拣选橘子的工作,以及与种类繁多的螺丝相对应的工业机械等,有些机器已经搭载了这个系统。还可以考虑将动作缩小、扩大后应用,比如将传导的力量扩大若干倍从而轻松地移动重物,或是缩小动作来进行诸如神经缝合之类的微创手术(Microsurgery)等。

通过使用这项技术,还研发出了拥有触觉的假肢。当初设想的是在腋下安装操纵杆,不过假肢的实验对象试用后,证实了脚趾的感觉更好,用起来容易。用右脚的脚趾操作操纵杆,假肢的手指就会同步动起来,脚趾可以感受到假肢触碰或抓握物品的感觉。相较于靠大脑发布指令来调动肌肉的肌电假肢(仿生手臂),价格更为便宜,且不需要进行特殊训练。参加了实验的人纷纷表示,“可以感觉到触碰到物体的感觉”比什么都开心。

野崎先生说:“在少子高龄化不断加重的日本,劳动人口的缩减成为了一个重大课题。特别是在医疗和看护等目标对象是人的领域,力道的增减尤为重要。作为支撑生产现场的劳动力,或是作为给高龄人士的日常提供支持和帮助的机器人,想必这项技术会作为能为今后的时代提供帮助的技术被活用的吧”。

2018年9月,野崎先生他们参加了全日空控股株式会社(ANAホールディングス株式会社)和宇宙航空研究开发机构(JAXA)为了启动宇宙相关事业而制定的企划“AVATAR X Program”,表明了触感技术将涉足宇宙开发应用领域。一直以来,这一人类从未体验过的真实体感的可能性,将进一步扩展,应用到宇宙当中。