世界热议:连机器人也“卷”起来了，还卷成了飞天面条怪的模样 | GGView

GGV有话说：

天空中，有一只我们看不见的怪兽在飞行。

它身体的主要成分是淀粉，具体来说是一坨松散的意大利面。乱蓬蓬的面条丛里，伸出两支像蜗牛那样的眼柄，托起一双无神却难以抗拒的大眼睛。除此之外，看上去柔软的面条，还牢牢抓着两颗饱满的肉丸，那是意大利面常见的配菜。

(资料图片)

这只怪兽名叫飞天意面怪（Flying Spaghetti Monster），是一位毕业不久的美国大学生鲍比·亨德森（Bobby Henderson）在2005年创造出来的“神”。他创立了“飞天面条神教”（Pastafarianism），教义认为宇宙就是由这只隐形的怪兽创造的——鲍比还在写给教育委员会的公开信中呼吁，学校里的科学课堂应给予这位创世神足够的重视。

在那之后，这个因讽刺神创论而被缔造的“神”，却意外地吸引到世界各地的信众。他们甚至在一部分国家和地区，让自己信仰的“飞天面条神教”成为了官方认可的宗教。或许只是巧合吧，最近出现了一只机器人，身形也像是许多根面条聚在一起的样子，而它也会用那些面条般的触手紧紧抓住一个球……

今天的 GGView，就带你来看看这些神奇的机器人。

文章来源：“环球科学” （id：huanqiukexue）

撰写 | 栗子

图片来源：原论文

“面条”是如何卷起来的

21世纪的机器人，能跑步能跳舞，能深入核电厂的废墟检测辐射水平，能在月球上四处探索未知的空间……仿佛人类能做的事机器人能做，人类做不到的事机器人也能做。不过，在全面溃败之前，人类仍有一些独到的技能，尚未被机器人攻克。

其中之一便是抓取技能。不论马克杯还是纸杯，不论足球还是气球，不论一根香蕉还是一串葡萄，我们可以轻易拿起各种各样的物体，根据它的形状和质地来决定要施加怎样的力——这对人类来说通常不是太复杂的计算，在我们还没意识到的时候，大脑可能早就完成了决策。

图片来源：Tenor

但对机器人而言，抓取物体从来不是简单直接的任务。特别是遇到形状不规则的物件，它们很少能做出合适的抓取动作，常常表现得笨拙又好笑，让人联想起一些被故意设置了地狱参数而抓不到娃娃的娃娃机。

多年以来，总有不少科学家在挑战这道世界难题。于是，我们隔三岔五便会在科技新闻里看到，又有新的机器人为抓取而生，技能更上一个台阶。今年10月，形如面条的触手机器人（tentacle robot）出现在人们眼前。

充气后，172千帕的内部压强，可以让“面条”高度卷曲（图片来源：原论文）

它来自哈佛大学工程与应用科学学院（SEAS），可以靠一组细长的触手缠住物体。科学家说它和水母有些相似，这类动物会将自己的触手黏在猎物身上。而对机器人来说，一根触手力量弱小，但有12根触手一起工作，抓紧物体就变得容易，形状不规则的“猎物”也能应对。

只不过，机器人的触手抓住猎物后，不会像许多水母那样释放毒素让猎物瘫痪。毕竟，它被设计出来并不是为了捕食哪种动物，抓取和搬运才是主要功能。没有工作的时候，机器人的触手们会自然地垂下；而当工作来临时，触手可以迅速卷曲起来抓住物体。

这些灵动的触手，是依靠充气和放气来控制的。言下之意，它们是中空的，更像意大利面家族里的吸管面（Bucatini）。没有充气的情况下，这些面条处在放松状态，充气后则会卷曲，成为抓取工具。

管壁一边厚一边薄，充气后可变弯（图片来源：原论文、Harvard Microrobotics Lab/Harvard SEAS）

每根“吸管面”大约有30厘米长，由一种硅橡胶制成，是弹性体。重点在于管壁的厚度并不均匀，一侧比较厚，另一侧比较薄。如此一来，“吸管面”被打气之后可以变得高度弯曲，从而有更多的区域能和它要抓取的物体发生接触。这样的12根面条，排列为两个圆圈，外圈直径5厘米，内圈2.5厘米，它们共同组成了机器人的抓手。

而当机器人抓住物体并搬运到目的地，操控者想让它撒手的话，只要将面条放气，它就会回归自然下垂的形态。

抓取不同的物体时，需要的力道总有不同。可以说，每种物体都会带来一项新的任务，可能需要具体问题具体分析。在从前的许多研究中，科学家常常用到复杂的算法，根据物体本身的属性或机器人与物体接触时的状态，来决定每一次抓取要用怎样的动作。

不过，这只面条机器人不需要智能的动作规划，不依靠感知或反馈的数据来调整姿势，省去了机器学习的过程，仅凭充气这一种简单的控制方法，便可在一定的尺寸范围内，抓住各种形状的物体。

以不变应万变

所以，它都能抓些什么？

先从形状比较简单的物体讲起。开头展示的抓球只是其中之一，科学家还让机器人支配过一个空心的圆柱（筒）。当圆柱躺平的时候，卷起来的机器人可以把它稳稳拿捏，并传送到指定位置；当圆柱立起来的时候，让机器人从内部抓起它来，同样不在话下。

充气、抓取圆柱、传送到特定位置、放手（图片来源：原论文）

机器人的另外一个抓取对象，是一副树状的小架子。它有8条枝杈，比球体或圆柱的形状更复杂，可供机器人接触的边界更不规则——在研究者眼中，这代表着一项新的抓握任务，与传统抓握有本质区别。

但在机器人的抓手面前，这项新任务似乎没有带来额外的难度：80次抓取测试的成功率超过90%。于是，科学家又设置了附加题，不让机器人从“树”的正上方直接抓取，而是往旁边偏移一段距离（如1厘米、2厘米、3厘米）再出手缠住目标。

结果发现，稍稍错位影响不大，面条机器人对位置误差的容忍度很高，当抓手中心轴与目标物体的中心轴之间，相隔0.6个物体半径那么远的距离，抓取（并短距离搬运）的成功率仍然居高不下。如果想动摇机器人的成绩，还需让抓手偏移到更远的位置再开始行动。

左为从正上方抓取，中为偏移0.6个物体半径后抓取，右为偏离1个物体半径后抓取但失败（图片来源：原论文）

面条机器人出色的能力，让科学家感到欣慰。假如你觉得，实验室里的“树”不算什么，现实世界会有更多结构复杂的货物等着它来支配。

比如，许多人喜欢在家里养育花草，而小型盆栽已经成为了机器人的目标。当内部压强为172千帕的时候，卷曲的面条顺利拎起了一盆植物。

图片来源：原论文

还有另外几株盆栽，虽说各有各的形态，但都逃不出相似的命运。一些形状不规则的玩具，以及一座小型三脚架，也被机器人用同一种方式捕获。以不变应万变，研究者最欣赏的就是这只机器人的适应性。它或许没有像传说中的“飞天意面怪”一样创造万物，但可以用12只灵活的触手，将许多不同的物体玩弄于股掌。

图片来源：原论文

这只机器人的诞生并非一蹴而就。研究者在倒模制造前，已经在电脑上用模拟实验测试了面条机器人的能力：看面条抓手应该如何排布，或者说排成的两个圆圈应有多大直径，才能实现更高的抓取成功率。

模拟实验（图片来源：原论文）

它在现实世界成功捕捉猎物之前，大概已经在虚拟世界失败无数次了。当然，现实世界里依然会有不少失败，而科学家也依然需要继续努力。

如果上网时遇到“证明你不是机器人”的验证程序，告诉它你抓取物体的能力比机器人强，也不能帮你通过验证。

原论文：

参考链接：

https://www.seas.harvard.edu/news/2022/10/tentacle-robot-can-gently-grasp-fragile-objects

https://www.nytimes.com/2005/08/29/arts/design/but-is-there-intelligent-spaghetti-out-there.html

https://www.nsri.org.za/2012/02/how-jellyfish-sting/

*本文来自微信公众号“环球科学”（id：huanqiukexue），如需转载请联系 newmedia@huanqiukexue.com

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