近日，西弗吉尼亚大学的研究人员开发了一种用于采摘水果的新型机器人抓手，有望让超市顾客享用到更高品质的农产品。这种抓手能够测量草莓和牛油果等水果的大小、曲率、颜色和成熟度。

这种软体抓手的“手指”由硅胶和热塑性聚氨酯（TPU）制成，能够轻柔地抓取娇嫩的水果，同时内置的多个传感器可精准判断哪些水果已经适合采收。
该研究团队的成员之一Anand Mishra教授表示：“我们的软体抓手能够快速、精准地进行检测和采摘，从而减少水果损耗，降低供应链成本。水果检测对于采摘决策至关重要，传统上这些工作由人工完成。然而，人工采摘面临劳动力短缺、健康问题以及采摘不准确等诸多挑战。
“近年来，机器人作为一种极具前景的技术，有望减少水果损耗并提高配送效率。但目前大多数机器人系统都是为室内温室环境设计的，而实际上超过99.9%的农作物都是在室外种植的。此外，笨重的机械臂可能会损伤成熟的水果，而且传感器的可靠性也存在问题。”
他解释说，相比之下，该研究团队研发的软体机器人抓手可以利用触觉和视觉传感器检测水果，从而确定最佳采摘时机，只需扭动茎部即可采摘草莓等水果，无需切割。
在发表于《自然·通讯》（Nature Communications）的一篇论文中，Anand Mishra及其合著者详细介绍了他们的研究成果。该研究最初在康奈尔大学Rob Shepherd的有机机器人实验室开展，目前正在Anand Mishra位于西弗吉尼亚大学的实验室继续进行。
他们开发的五指软体抓手外观和动作都像一只手——但也像一只海星。Anand Mishra表示，这种与自然生物的关联并非偶然。
“我在西弗吉尼亚大学的研究小组被称为‘仿生机器人实验室’，因为我们专注于研发模仿生物学的机器人。我们设计出柔软、可挤压、有弹性的机器人，其灵感来源于动物。这些机器人的运动方式与传统的刚性机器人截然不同。例如，想象一下一个像章鱼一样移动的机器人。因为我们的机器人材质柔软，所以它们吸收振动和机械力的方式与传统机器人不同。而且，它们触觉感知的方式也不同，能够更灵敏地触摸物体，分辨压力和形状。”
这些特性对水果种植户来说至关重要，因为成熟度是水果从农场到市场的分销过程中面临的一大挑战。虽然柑橘类水果可以在数周内陆续商业化采收，但草莓、覆盆子等水果的采收窗口只有一两天。更棘手的是，这些成熟期较短的水果通常皮薄肉软，极易碰伤和腐烂。以草莓为例，果农采摘后损耗可高达25%。
此外，由于牛油果等许多水果在成熟后外观变化并不明显，仅靠视觉评估远远不够。机器人和人类一样，往往需要挤压水果才能判断其成熟度。除了给果农和零售商带来重大经济损失外，何时采收这一难题还导致一些娇嫩、易腐烂的水果无法成功分销到产地以外地区。
该研究团队开发的软体机器人抓手可以缓解这些挑战。这种软体抓手的每根手指内部都装有可拉伸的光纤，用作触觉和曲率传感器；手掌部位则集成了一台微型摄像头和距离传感器。研究人员在超市草莓和活体草莓植株上测试后表明，该软体抓手可在不到两秒内完成开合，提起重量达1公斤——相当于自身重量的16倍以上——并在形状预测方面达到近100%的准确率。它不仅能感知硬度和弯曲程度，还能感知滑动，因此可检测到抓取水果时是否不稳定。
虽然这款机器人抓手主要目标是减少农业供应链中的食物浪费和经济损失，但Anand Mishra指出了其用途远不止于水果采摘，甚至超越了农业领域。
“这一系统在太空探索、医疗保健、食品处理和水中作业等领域都有应用前景。 例如，在生物医学机器人领域，曲率传感与触觉传感的集成可增强可穿戴设备和康复设备的性能。该技术在多物体抓取、操控和环境交互方面的能力蕴含诸多可能性。”