盖世汽车讯 在完成许多日常任务和琐事时，人类通常需要用到双手。例如，在打开瓶子时，人们会用一只手握住瓶身，另一只手拧开瓶盖。据外媒报道，加州大学圣地亚哥分校（University of California San Diego）的研究人员最近开发出一种名为“EgoThumb”的机械拇指，它能让人仅凭单手就完成一些通常需要双手协作的任务。

图片来源：加州大学

该研究团队在 arXiv 预印本平台上发布的一篇论文中介绍了这一机器人系统：系统通过小型摄像头捕捉图像，并利用人工智能（AI）算法对图像进行分析，从而规划出机械拇指的动作。

该论文的共同第一作者Jiawei Fu表示：“最初的灵感源于焊接导线的过程。在焊接过程中，既要操作电烙铁、送焊锡、涂助焊剂，又要固定导线位置，我常常觉得还需要多出一只手来帮忙。即便使用了‘辅助夹具’（helping hands stand），各项操作协调起来也依然十分别扭。这让我不禁思考：如果能有一个可穿戴的机械手指来帮忙固定物体，那么我自己的手指就能腾出来专注于其他操作了。”

利用“额外拇指”增强单手操作能力

Fu及其同事着手开发一种紧凑型可穿戴机器人系统，旨在充当“额外拇指”——当用户的手指进行操作时，它能协助固定住物体。此外，他们希望该“拇指”能够根据用户手部及周边物体的图像，结合自身关节位置信息，自主判断何时抓取或释放物体。

“我们希望这种辅助功能无需用户对每一个动作都下达明确指令即可实现，”Fu解释道，“我们尚未针对焊接操作本身进行测试；本研究通过一些更简单的任务——例如在拧开瓶盖时固定住瓶子——来探索其基础能力。焊接仍是我们未来有望实现的应用场景之一。”

EgoThumb 的机械拇指设有三个关节，每个关节由一对“肌腱”驱动——其中一根负责弯曲，另一根负责伸直。驱动这些动作的小型电机安装在佩戴者的前臂上，从而避免了手部承重。

该系统还配备了一个小型广角摄像头，安装在佩戴者手掌附近。摄像头会持续捕捉用户手部、机械拇指以及周围物体的影像。

“我们训练了一个人工智能模型，使其能够从人类的演示中进行学习，这种方法被称为‘模仿学习’，”Fu 解释道，“为了收集训练所需的演示数据，我们让操作者通过脚控界面来控制机械拇指。模型经过训练后，便能根据摄像头捕捉到的影像以及机械拇指当前的关节位置，直接预测出其后续动作，无需用户发出明确的指令。”

Fu及其同事开发出了一种“机器拇指”的初步原型。在该原型中，负责分析摄像头图像并规划后续动作的人工智能模型，运行在与机器拇指相连的一台外部计算机上。

研究人员在实验室环境下对“EgoThumb”进行了评估，三名佩戴者参与了四项操作任务的测试，包括：拾取立方体、拧开瓶盖、搅拌茶水，以及将小球从一处移至另一处。这一“额外拇指”帮助佩戴者仅用单手便完成了各类任务。

“例如，当用户伸手去拿瓶子时，EgoThumb 可以自动将其抓取并固定住，从而让用户原本的手指能够腾出手来拧开瓶盖，”Fu说道，“当瓶子被放下时，EgoThumb 也会随之将其松开。”

Fu及其同事还评估了该“拇指”装置在不同使用者佩戴下、以及在不同环境中的表现。他们发现，当物体被放置在人工智能（AI）算法训练期间所涉及的区域内时，两位新使用者与最初的演示者均取得了相当的成功率。

“最令人振奋的发现是，EgoThumb 能够学会与人手协同工作，而无需使用者针对每一次抓取动作下达明确指令，”Fu说道，“在我们的初步评估中——每位使用者针对每项任务进行 10 次尝试，且物体放置在训练所用的区域内——演示者在四项任务中的平均成功率为 90%，而两位新使用者的平均成功率分别为 92.5% 和 87.5%。”

在另一项“搅拌茶水”的测试中，三位使用者在两种此前未曾接触过的环境下，平均成功率分别约为 67% 和 73%。研究人员发现，当扩大物体初始位置或目标放置位置的范围时，该装置在某些任务上的表现有所下降。

一种提升人类能力的创新系统

近期的一项研究表明，一个额外的“机器人拇指”可以帮助人们单手完成某些任务。未来，该团队开发的“EgoThumb”系统有望进一步完善，并应用于更多类型的任务或场景中。

“我们的研究结果显示，基于视觉的自主控制技术能让可穿戴式机器人辅助装置变得更加自然、直观，”Fu 说道，“用户无需刻意去控制这根额外的手指，机器人便能根据用户当前的动作情境提供辅助。我们认为，这是迈向‘可穿戴机器人’的一小步——这类机器人能够在日常活动中与人类的灵巧操作形成互补。”

EgoThumb 的硬件设计和软件均已开源，其他开发者可通过项目网站获取相关资源。Fu 及其同事希望，他们的研究能为后续探索“用于增强人类能力的智能可穿戴机器人系统”奠定基础。

与此同时，研究团队计划继续优化 EgoThumb。例如，他们打算改进摄像头在可穿戴硬件中的集成方式，从而使该装置变得更加紧凑，用户佩戴起来也会更舒适。

“我们还计划引入触觉传感器，赋予机器人拇指感知能力，使其更接近人类手指感知环境并与之交互的方式，”Fu 补充道，“通过结合视觉与触觉，我们希望它能更精准地感知与物体的接触，并相应调整抓握方式，从而协助完成更多样化的任务。”