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软体机器人“巧手”可感知果蔬成熟度 助力柔性精准采摘
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- 荷鲁斯快报
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软体机器人“巧手”可感知果蔬成熟度，助力柔性精准采摘成为现实。西弗吉尼亚大学“Robiotics Lab”团队近日推出了一款仿海星结构的软体机器人手，它采用硅胶和聚氨酯材料制成柔软指部，并保持五指布局，能够像人手一样自然拾取果蔬，同时通过内置传感器和微型摄像头，精准判断果实成熟度，避免损伤。这一成果发表在《Nature Communications》上，有望缓解农业劳动力短缺和采摘损耗问题。
全球农业正面临劳动力短缺和人工成本攀升的困境，在部分作物中，人工采摘费用接近总生产成本的一半。对于草莓、覆盆子、牛油果等采摘窗口期短且易碰伤的果蔬，传统人工或刚性机械采摘效率低、损耗高，农民可能损失多达四分之一的产量。为此，科研人员致力于开发柔性机器人技术，以兼顾效率与精度。
西弗吉尼亚大学团队从海星解剖结构中汲取灵感，设计出这款软体机器人手。与常见的金属“机械爪”不同，这款机器人的手指由硅胶和聚氨酯制成，柔软且灵活，整体外形模仿人手五指布局，便于抓取和握持。其重量不足65克，开合一次用时不到两秒，最大可举起约1千克的物体，为实际农机集成提供了轻量化和快速响应的基础。
感知能力是这款机器人的核心突破。除了配备微型摄像头进行视觉判断外，研究人员在软指内部嵌入了专用触觉传感器。当机器人轻轻挤压果实时，传感器能获取硬度和弹性等物理信息，同时监控握持力度，自动微调施力大小，防止果实滑落或压坏。测试显示，传感器几乎可以百分之百准确地预测被抓取果实的形状。
项目负责人、机械、材料与航天工程系助理教授Anand Mishra表示，仅依赖外观不足以精准判断成熟度，以牛油果为例，其成熟状态常需通过轻捏来感知。这一研究难点通过软体结构与触觉传感器的结合得以解决，使机器人学会了类似人类的“直觉式”判断。
研究团队计划在未来两到四年内将该技术推向全球市场，并着手研发更具可扩展性的抓取装置，以满足田间大规模部署需求。研究人员还看好该技术在更广泛场景中的应用，包括太空任务中的异形物体抓取、水下环境探索以及医疗护理领域中对脆弱组织和器官的安全操作。
相关论文发表于《Nature Communications》，表明软体结构、光纤传感和视觉系统相结合的机器人抓取方案，正成为面向高损耗、高精度场景的重要技术路径。研究方指出，随着此类软体机器人商业化，农场采摘一线的人力压力与果蔬浪费比例有望显著改善，为精细农业和智能农机发展提供新的工具基础。
