飛天意面怪，是你嗎？
天空中，有一只我們看不見的怪獸在飛行。
它身體的主要成分是淀粉，具體來說是一坨松散的意大利面。亂蓬蓬的面條叢里，伸出兩支像蝸牛那樣的眼柄，托起一雙無神卻難以抗拒的大眼睛。除此之外，看上去柔軟的面條，還牢牢抓著兩顆飽滿的肉丸，那是意大利面常見的配菜。
這只怪獸名叫飛天意面怪（Flying Spaghetti Monster），是一位畢業(yè)不久的美國大學生鮑比?亨德森（Bobby Henderson）在 2005 年創(chuàng)造出來的“神”。
鮑比曾就讀俄勒岡州立大學物理系，當他知道堪薩斯州教育委員會決議允許公立高中開設與神創(chuàng)論有關的課程后，便構思出飛天意面怪以表達抗議和嘲諷。在此基礎上，他創(chuàng)立了“飛天面條神教”（Pastafarianism），教義認為宇宙就是由這只隱形的怪獸創(chuàng)造的 —— 鮑比還在寫給教育委員會的公開信中呼吁，學校里的科學課堂應給予這位創(chuàng)世神足夠的重視。
或許只是巧合吧，最近出現(xiàn)了一只機器人，身形也像是許多根面條聚在一起的樣子，而它也會用那些面條般的觸手緊緊抓住一個球……
“面條”是如何卷起來的
21 世紀的機器人，能跑步能跳舞，能深入核電廠的廢墟檢測輻射水平，能在月球上四處探索未知的空間…… 仿佛人類能做的事機器人能做，人類做不到的事機器人也能做。不過，在全面潰敗之前，人類仍有一些獨到的技能，尚未被機器人攻克。
其中之一便是抓取技能。不論馬克杯還是紙杯，不論足球還是氣球，不論一根香蕉還是一串葡萄，我們可以輕易拿起各種各樣的物體，根據(jù)它的形狀和質地來決定要施加怎樣的力 —— 這對人類來說通常不是太復雜的計算，在我們還沒意識到的時候，大腦可能早就完成了決策。
但對機器人而言，抓取物體從來不是簡單直接的任務。特別是遇到形狀不規(guī)則的物件，它們很少能做出合適的抓取動作，常常表現(xiàn)得笨拙又好笑，讓人聯(lián)想起一些被故意設置了地獄參數(shù)而抓不到娃娃的娃娃機。
多年以來，總有不少科學家在挑戰(zhàn)這道世界難題。于是，我們隔三岔五便會在科技新聞里看到，又有新的機器人為抓取而生，技能更上一個臺階。今年 10 月，形如面條的觸手機器人（tentacle robot）出現(xiàn)在人們眼前。
它來自哈佛大學工程與應用科學學院（SEAS），可以靠一組細長的觸手纏住物體?？茖W家說它和水母有些相似，這類動物會將自己的觸手黏在獵物身上。而對機器人來說，一根觸手力量弱小，但有 12 根觸手一起工作，抓緊物體就變得容易，形狀不規(guī)則的“獵物”也能應對。
只不過，機器人的觸手抓住獵物后，不會像許多水母那樣釋放毒素讓獵物癱瘓。畢竟，它被設計出來并不是為了捕食哪種動物，抓取和搬運才是主要功能。沒有工作的時候，機器人的觸手們會自然地垂下；而當工作來臨時，觸手可以迅速卷曲起來抓住物體。
這些靈動的觸手，是依靠充氣和放氣來控制的。言下之意，它們是中空的，更像意大利面家族里的吸管面（Bucatini）。沒有充氣的情況下，這些面條處在放松狀態(tài)，充氣后則會卷曲，成為抓取工具。
每根“吸管面”大約有 30 厘米長，由一種硅橡膠制成，是彈性體。重點在于管壁的厚度并不均勻，一側比較厚，另一側比較薄。如此一來，“吸管面”被打氣之后可以變得高度彎曲，從而有更多的區(qū)域能和它要抓取的物體發(fā)生接觸。這樣的 12 根面條，排列為兩個圓圈，外圈直徑 5 厘米，內圈 2.5 厘米，它們共同組成了機器人的抓手。
而當機器人抓住物體并搬運到目的地，操控者想讓它撒手的話，只要將面條放氣，它就會回歸自然下垂的形態(tài)。
抓取不同的物體時，需要的力道總有不同。可以說，每種物體都會帶來一項新的任務，可能需要具體問題具體分析。在從前的許多研究中，科學家常常用到復雜的算法，根據(jù)物體本身的屬性或機器人與物體接觸時的狀態(tài)，來決定每一次抓取要用怎樣的動作。
不過，這只面條機器人不需要智能的動作規(guī)劃，不依靠感知或反饋的數(shù)據(jù)來調整姿勢，省去了機器學習的過程，僅憑充氣這一種簡單的控制方法，便可在一定的尺寸范圍內，抓住各種形狀的物體。
以不變應萬變
所以，它都能抓些什么？
先從形狀比較簡單的物體講起。開頭展示的抓球只是其中之一，科學家還讓機器人支配過一個空心的圓柱（筒）。當圓柱躺平的時候，卷起來的機器人可以把它穩(wěn)穩(wěn)拿捏，并傳送到指定位置；當圓柱立起來的時候，讓機器人從內部抓起它來，同樣不在話下。
機器人的另外一個抓取對象，是一副樹狀的小架子。它有 8 條枝杈，比球體或圓柱的形狀更復雜，可供機器人接觸的邊界更不規(guī)則 —— 在研究者眼中，這代表著一項新的抓握任務，與傳統(tǒng)抓握有本質區(qū)別。
但在機器人的抓手面前，這項新任務似乎沒有帶來額外的難度：80 次抓取測試的成功率超過 90%。于是，科學家又設置了附加題，不讓機器人從“樹”的正上方直接抓取，而是往旁邊偏移一段距離（如 1 厘米、2 厘米、3 厘米）再出手纏住目標。
結果發(fā)現(xiàn)，稍稍錯位影響不大，面條機器人對位置誤差的容忍度很高，當抓手中心軸與目標物體的中心軸之間，相隔 0.6 個物體半徑那么遠的距離，抓?。ú⒍叹嚯x搬運）的成功率仍然居高不下。如果想動搖機器人的成績，還需讓抓手偏移到更遠的位置再開始行動。
面條機器人出色的能力，讓科學家感到欣慰。假如你覺得，實驗室里的“樹”不算什么，現(xiàn)實世界會有更多結構復雜的貨物等著它來支配。
比如，許多人喜歡在家里養(yǎng)育花草，而小型盆栽已經(jīng)成為了機器人的目標。當內部壓強為 172 千帕的時候，卷曲的面條順利拎起了一盆植物。
還有另外幾株盆栽，雖說各有各的形態(tài)，但都逃不出相似的命運。一些形狀不規(guī)則的玩具，以及一座小型三腳架，也被機器人用同一種方式捕獲。以不變應萬變，研究者最欣賞的就是這只機器人的適應性。它或許沒有像傳說中的“飛天意面怪”一樣創(chuàng)造萬物，但可以用 12 只靈活的觸手，將許多不同的物體玩弄于股掌。
這只機器人的誕生并非一蹴而就。研究者在倒模制造前，已經(jīng)在電腦上用模擬實驗測試了面條機器人的能力：看面條抓手應該如何排布，或者說排成的兩個圓圈應有多大直徑，才能實現(xiàn)更高的抓取成功率。
它在現(xiàn)實世界成功捕捉獵物之前，大概已經(jīng)在虛擬世界失敗無數(shù)次了。當然，現(xiàn)實世界里依然會有不少失敗，而科學家也依然需要繼續(xù)努力。
如果上網(wǎng)時遇到“證明你不是機器人”的驗證程序，告訴它你抓取物體的能力比機器人強，也不能幫你通過驗證。
原論文：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2209819119
參考鏈接：
https://www.seas.harvard.edu/news/2022/10/tentacle-robot-can-gently-grasp-fragile-objects
https://www.nytimes.com/2005/08/29/arts/design/but-is-there-intelligent-spaghetti-out-there.html
https://www.nsri.org.za/2012/02/how-jellyfish-sting/
本文來自微信公眾號：環(huán)球科學 （ID：huanqiukexue），撰寫：栗子，審校：clefable
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