康乃爾大學開發軟性機器人夾爪：靠觸覺判斷草莓成熟度，採摘零損傷

康乃爾大學開發軟性機器人夾爪：靠觸覺判斷草莓成熟度，採摘零損傷

判斷水果是否成熟，視覺與嗅覺固然重要，但最可靠的指標往往是「手感」。康乃爾大學（Cornell University）研究團隊正是利用這個概念，開發出一款能透過觸覺預測草莓成熟度的軟性機器人夾爪，並以旋轉方式輕柔地將果實從枝條上摘下，全程不造成任何損傷。

光纖感測器賦予機器人「觸覺」

這項技術由康乃爾大學 Duffield 工程學院機械工程系教授 Rob Shepherd 的「有機機器人實驗室」（Organic Robotics Lab）所開發。該實驗室過去已展示可拉伸光纖感測器的潛力，能讓軟性機器人系統擁有類似人類的動態觸覺感知能力。近年來，團隊更將研究拓展至農業領域，設計出可在活體植物葉片中注入感測器的軟性機器人夾爪，協助偵測環境並與之互動。

「康乃爾大學的優勢在於我們同時擁有頂尖的農業學術資源，這為我們開啟了許多研究方向，」Shepherd 表示，「讓我們能獨特地將機器人技術專長與農業優勢相結合。」

以草莓為模型訓練觸覺辨識

為了開發能精確評估並謹慎處理水果的技術，Shepherd 團隊與農業與生命科學學院園藝與全球發展教授 Marvin Pritts 合作，後者專長於漿果作物的永續生產方法。

團隊選擇草莓作為模型水果進行訓練與測試。Shepherd 解釋：「草莓成熟時可以透過顏色準確判斷，因此我們可以用觸覺數據訓練模型來判斷成熟度，再用顏色來驗證結果。研究人員 Anand 成功地根據測量到的硬度，準確估計出草莓是否達到最佳採摘時機。」

雙感測器設計搭配行星齒輪旋轉機構

這款軟性機器人夾爪配備了兩種不同的光纖感測器：一個用於測量手指的彎曲程度，另一個用於測量指尖的壓力。如此一來，機器人就能估算物體的形狀，並相應調整抓握力道，在不壓傷果實的情況下夾取成熟水果。

「光纖應變計的機械特性與使用它們的夾爪本身相同，所以就像是『肉體在感受水果』，而非依靠獨立的外掛感測器，」Shepherd 形容道。

研究團隊還加入了行星齒輪機構，讓機器人在抓住果實後，手腕可以旋轉扭轉，將草莓從藤蔓上擰下來，而非直接拉扯或摘取——後者容易對果實造成壓力和損傷。

突破視覺限制：酪梨、鳳梨、泡泡果都適用

對於觸覺判斷不足的情況，研究人員在夾爪掌心安裝了攝影鏡頭，用以尋找被葉片或其他植被遮擋的果實。不過，這項裝置在「無法透過外觀判斷成熟度」的水果上更具價值，例如酪梨、鳳梨，以及 Shepherd 最愛的泡泡果（pawpaw）。

「泡泡果的問題在於你無法用眼睛看出它是否成熟，而且它成熟得非常快，如果你沒在對的時間到場，就會錯過，」他說，「而且你也沒辦法採收後運送，因為它們禁不起運輸。這就是為什麼超市裡買不到泡泡果。但這項技術可以改變現況。」

小型機器人大軍推動永續混作農業

這項技術對永續農業的影響可能更為深遠。Shepherd 指出：「機器人將使我們能做到目前在經濟上不可行的事情。我們之所以種植行列作物，是因為行列作物適合我們的機具。但如果我們擁有大量小型機器人，就能實現不同物種的混合種植，讓它們彼此支持。」

「你可以同時種植大豆和玉米，不必隔年輪作；你可以穿插種植抗蟲害物種來阻隔病蟲蔓延、減少農藥和肥料用量；你還能透過樹冠層物種來提升抗旱能力，」他說，「以這種方式管理農場非常複雜，而機器人可以讓這一切變為可能。」

本研究獲得美國國家科學基金會可程式化植物系統研究中心（CROPPS）及康乃爾數位農業研究所的資助。

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