真仿人！SNN技術讓五指機械臂成功抓起氣球

2020-11-10 智東西

智東西（公眾號：zhidxcom）

編 | 林卓瑋

智東西11月10日消息，德國研究團隊在IEEE上發布了一項最新研究成果，仿人機械臂在結合了SNN脈衝神經網絡之後，能夠抓、握、捏不同形狀、大小、硬度的東西，如塑料瓶、軟球、網球、海綿、玩具鴨等。

目前的機械臂大多是二指、三指夾持器，這種夾持器多適用於大規模機械生產，但不大能滿足抓取日常生活用品的需求。

此外，以往的機械臂通常基於預設參數運行，前期運算工作相當龐雜，且無法進行自主判斷和智能抓取，動作笨拙、機械。

這項研究通過對人類生理機制的模仿，巧妙地將脈衝神經網絡融入五指機械臂，賦予了機械臂自主判斷反應的能力，打開了仿人機械臂靈活應用於生活場景的可能性。

今年10月26日，這項研究成果被發表在IEEE上，名為《使用融合脈衝神經的仿人機械臂實現軟抓取（Soft-grasping with an anthropomorphic robotic hand using spiking neurons）》。

《使用融合脈衝神經的仿人機械臂實現軟抓取（Soft-grasping with an anthropomorphic robotic hand using spiking neurons）》一文發布在IEEE官網

他們將SNN（Spiking Neural Network，即脈衝神經網絡）嵌入全球最大夾具廠商Schunk的SVH五指靈巧臂中，Schunk SVH五指靈巧臂在不知道物品形狀、大小和硬度的情況下，成功自主抓、握、捏住各類物品，如塑料瓶、軟球、網球、海綿、玩具鴨、氣球、筆、包裝紙巾等。

在人類看來極其簡單的手指動作，其實涉及一套相當複雜的神經網絡，這套系統經過幾百萬年的時間才最終演變成型。

脈衝神經網絡，正是人類精巧雙手背後的關鍵所在。十億個神經元網絡通過數萬億個突觸相互連接，通過脈衝交換和傳遞信息。

科學家們奮力研究脈衝神經網絡，不僅是為了改善機械臂功能，更是想通過模擬試驗破解大腦運作的奧秘。

研究人員將若干個子網絡組成的SNN植入五指靈巧臂，其中一個子網絡負責控制單根手指的屈伸，另一個子網絡則負責整體的抓握動作，決定機械臂何時應該執行捏、抓、握的動作。

每根手指都內置有神經迴路。通過判斷馬達電流大小和關節移動快慢，神經迴路可以有效檢測接觸物體，並激活控制器調節手指施力的大小。這樣一來，在物體移動、形變的情況下，該系統也能靈活作出相應調整。

基於SNN系統開發的仿人機械臂成功抓起了氣球

「這樣一來，機械臂便可根據物體形狀、硬度、大小靈活應變，作出合適的抓握動作。」研究員Tieck表示，他是該論文的第一作者。

Tieck還透露了下一步的研究計劃，「我們接下來要做的便是將手臂動作融入SNN，同時錄入實景攝像頭攜帶的視覺信息，此外我們還打算在手部加入觸覺傳感器。」

同時，Tieck談到，這項研究的最終目的是開發出「一個可以像人類一樣做出抓取動作的系統，這個系統無需提前規劃接觸點，也不用進行繁雜的穩定性分析，便可通過視覺和觸覺反饋實現對不同物體的抓取。」

文章來源：IEEE Spectrum

《使用融合脈衝神經的仿人機械臂實現軟抓取（Soft-grasping with an anthropomorphic robotic hand using spiking neurons）》原文連結：

https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=9240049

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