捏扁鋁罐握緊雞蛋 導入AI向人類手臂學習 機械手臂 拿鑷子挪晶片

編譯/韋士塔 |2022.01.15
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編譯/韋士塔

機械手臂的應用,目前以商業和工業領域為主,這些裝置不需休息,可依照指令準確執行任務,並且能在有毒、高熱、低溫等不適合人類活動的區域使用。但機械手臂最大的瓶頸是精確性,目前仍無法和人類的手臂一樣精準動作。

為了提升機械手臂的靈活程度,南韓機械與材料研究所(Korea Institute of Machinery & Materials)研究團隊,開發一款名為「整合式連線驅動輕巧擬人」(Integrated Linkage-driven Dexterous Anthropomorphic,ILDA)的機械手,不僅擁有傳統機械手臂的握力和抓力,且靈巧度大幅提升。

研究團隊在發表於《自然通訊》(Nature Communications)期刊的報告中指出,ILDA機械手可應用於必須以人類精確度和靈巧度執行的任務,它的強度足以捏扁鋁罐,但也能牢牢握住雞蛋而不捏碎。為了確認這款機械手操縱工具的可行性,研究人員進行剪紙實驗,因為使用剪刀進行剪紙是一項需要高度靈巧的任務。另外一項難度更高的挑戰,則是使用鑷子調整電路板上的晶片位置,最終也順利完成。

主持這項研發計畫的金儀兼(Uikyum Kim,音譯)表示,人類手部的骨頭多達54塊,占人體全部206塊骨頭的1/4,且帶動這些骨頭的肌肉結構也非常複雜。業界目前已開發多款擬人機械手,但要複製人類手部結構,完成物體抓取、工具操作等任務,迄今為止仍面臨高度挑戰。

ILDA試圖利用電機直接驅動、肌腱驅動以及連桿驅動技術,開發高靈巧度的機械手,且具備可控性、維修容易等優點。研究團隊指出,ILDA機械手由20個關節組成,總重量約1.1公斤,並有觸覺傳感與力回饋的機制。

金儀兼表示,ILDA機械手的另一個優點,是能夠連線到其他商業或工業用機械手臂上,不需要額外的元件。

此外,人工智慧(AI)的導入,將讓最新的機械手功能更加強大。目前,使用機械手臂的產業以製造業為主,尤其是汽車以及電子製造業。非營利機構國際機器人協會(IFR)的資料顯示,全球工業用機械手臂的出貨量,每年已突破40萬台,且持續快速成長。若能導入AI,機械手臂不僅能依照設定的程式運作,還能應對環境的變化,甚至透過機器學習功能,逐步適應更複雜的任務。

研究團隊並指出,採用AI後,機械手臂可更精準地判斷,準確掌握實際物品的大小和形狀,決定如何抓握、移動和擺放物品。

金儀兼指出,研發超高自由度的靈巧擬人機器手,有待科學和工程領域的進一步突破。超精密的機械手臂,製造過程相當複雜,成本昂貴,平日的保養和故障時維修都需要專業人士進行。這些要求導致機械手臂的成本偏高,也讓這種裝置的商業化受阻。

ILDA機械手的目標,是提高裝置的適用性,並透過強化功能和降低成本等優化措施,擴大其應用領域,包括導入人機結合概念,輔助殘障人士完成日常活動,或成為智慧義肢。

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