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接近附近的物體似乎是一項無意識的行為，但該行為的發(fā)生需要一個復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，人類花了數(shù)百萬年才進化到此?，F(xiàn)在，機器人正通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)獲得同樣的能力。在最近的一項研究中，一只機械手通過三種不同的抓取動作“學(xué)會”了抓取不同形狀和硬度的物體。
這種發(fā)展的關(guān)鍵是一種叫做尖峰神經(jīng)元（spiking neuron）的東西。就像大腦中的真實神經(jīng)元一樣，尖峰神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（spiking neural network，SNN）中的人工神經(jīng)元一起對時間信息進行編碼和處理。研究人員研究SNN是因為這種方法可以深入了解生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功能，包括我們自己的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
德國FZI Forschungszentrum Informatik的研究人員Juan Camilo Vasquez Tieck說：“類人機器人或仿生機器人的編程非常復(fù)雜。而傳統(tǒng)的機器人編程方法并不總是適合利用它們的能力?！?/p>
Tieck說，傳統(tǒng)的機器人系統(tǒng)必須進行廣泛的計算，以跟蹤軌跡和抓取物體。但像本文研究的依賴SNN的機器人系統(tǒng)，首先訓(xùn)練的是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，來更好地模擬系統(tǒng)和物體的運動。之后，它通過實時適應(yīng)運動，更自主地掌握項目。
Tieck和他的同事們的新機器人系統(tǒng)使用了一種現(xiàn)有的機械手，名為Schunk SVH 5-finger hand，它的手指和關(guān)節(jié)數(shù)量與人手相同。研究人員在他們的系統(tǒng)中加入了一個SNN，這個系統(tǒng)被分成幾個子網(wǎng)絡(luò)。一個子網(wǎng)絡(luò)單獨控制每個手指，或彎曲或伸展手指。
對于每個手指，神經(jīng)電路利用馬達(dá)的電流和關(guān)節(jié)的速度來檢測與物體的接觸。當(dāng)檢測到與物體接觸時，控制器被激活以調(diào)節(jié)手指施加的力。
Tieck說：“這樣一來，一般抓取動作可以適應(yīng)不同形狀、剛度和大小的物體。當(dāng)物體移動或變形時，該系統(tǒng)還可以快速適應(yīng)抓取運動。”
機器人抓取系統(tǒng)的具體研究成果發(fā)表在10月24日的IEEE Robotics and Automation快報上。研究人員的機械手在不知道物體屬性的情況下，用三種不同的抓取動作來抓物體。目標(biāo)物體包括一個塑料瓶、一個軟球、一個網(wǎng)球、一塊海綿、一只橡膠鴨子、不同的氣球、一支筆和一個紙巾袋。研究人員發(fā)現(xiàn)，首先，捏捏動作比圓柱形或球形抓取動作需要更高的精度。
Tieck說：“對于這種方法，下一步要做的是整合基于事件的攝像機的視覺信息，并將手臂運動與SNN相結(jié)合。此外，我們還想用觸覺傳感器來伸展手部?！?/p>
他說，長期目標(biāo)是開發(fā)“一種系統(tǒng)，可以執(zhí)行與人類相似的抓取動作，無需對接觸點進行密集規(guī)劃或進行嚴(yán)格的穩(wěn)定性分析，并且能夠利用視覺和觸覺反饋來適應(yīng)不同的物體?！?/p>
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