痴迷机械,这个南京姑娘发明的软体机器人手在美国拿了一等奖

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2019年10月31日,联合国教科文组织批准66座城市加入全球“创意城市网络”,其中南京入选“文学之都”,成为中国第一个获此称号的城市。南京成为中国首个“世界文学之都”,不仅令南京人自豪,同时也引起远在大洋彼岸工作的南京姑娘陶炜佳的关注。她致信南京媒体艺术家园平台说:“南京不仅在文学方面很有底蕴,在科技创新领域也成绩不俗,在海外很有影响。我渴望有机会为家乡科技创新出力。”

双十一就要到了,相信物流行业又要面临巨大的包装、运输、配送压力了。记者近日了解到,25岁的南京姑娘陶玮佳研发了一款叫做软体机器人手的机械抓手,该机械抓手可以帮助在仓库中捡拾和包装小物品。这项发明赢得了美国伍斯特理工学院卡列尼安奖第一名,陶玮佳因此获得10000美元的奖励。最近,这项发明已经通过美国专利商标局的专利申请。

曾在南京五老村小学、南京外国语学校念书的陶炜佳,从小就对机械事物着迷,因而在她赴美在伍斯特理工学院求学时,本科、读研均选择了机器人工程和机械工程相关专业。2017年岁末,在校期间的她发明了一只柔软的机械手而赢得了该大学的最高企业家奖-Kalenian奖,该机械手的有机硅胶“手指”可以帮助在仓库中捡拾和包装小物品。她因此获得10,000美元的奖金。Kalenian奖是由Alba
Kalenian于2006年为纪念已故丈夫、发明家Aram
Kalenian而设立的竞赛,旨在支持创新思想或开发商业产品。2017
年的奖项由他们的儿子Paul
Kalenian颁发。目前,陶炜佳主研的《机器人抓手部件》,在美国国家专利及商标局注册成功。

可以抓鸡蛋的“抓手”,发明过程困难重重

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南京姑娘陶玮佳是美国伍斯特理工学院机器人工程系的一名毕业生。11月1日,远在美国的陶玮佳告诉记者,这是一种柔软的机器人手,可以将其放在现有的机器人手臂上,并用于从仓库货架上取货和包装产品。

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水果、蛋糕、鸡蛋、肥皂盒、罐头、乐高积木……各式各样的物品,通过软体机器人的“手”,就能轻易地将物体包裹住,再运送到指定的位置。现代快报记者看到,这个软体机器人构造并不复杂,一个十字交叉的底座,通过几根钢管灵活驱动,钢管连接的抓手,有四根硅胶“手指”,看上去像章鱼的触须,非常灵活。

陶炜佳研发的这款柔软的机器人手,可以适应不同形状的物品并不伤害到它们。资料图

2016年,陶玮佳在伍斯特理工学院就读研究生期间,开始萌发研究软体抓手的想法。“上大学的时候,就一直在教授的实验室帮忙,跟着做了很多项目。在工业上,如果想抓取一个东西,那就得为它的形状去匹配一个对应的工具。”陶玮佳说,她和机械工程学助理教授卡格达斯·奥纳尔想发明一个软体的抓手,由抓手去适应物体,而不是让物体去匹配特定的抓手。

读研时期的陶炜佳,关注到新兴智能机构密集研发针对日常问题的更安全、更柔软、更智能的机器人解决方案。她和机械工程学助理教授卡格达斯•奥纳尔在研发液压驱动软体手指时提出了一个想法,即直接使用电机驱动软体手指。陶炜佳说:“我们的机器人软手实际上可以抓住任何它包裹住的物品,它可以执行现在需要人类具有良好运动技能的任务,例如抓住鸡蛋而不会压碎它。”据悉,陶炜佳读研期间,已获得WPI创业比赛第一名、软材料机器人挑战赛之软体机器人竞速挑战第一名。对此,她深有感触地说:“每个人都有可能成为发明家,关键是你要有观察力和想象力。”

想法有了,但操作并没那么容易,软体抓手真正成型花了将近一年半的时间。陶玮佳说,在这过程中,团队也遇到了很多困难。一开始,他们想做的是利用液压驱动手爪去抓取水里的物体。“液压是一些工业机械比较常用的方式,但是有很多的问题,比如操作的时候要带上液压罐,不仅很麻烦,还有漏液等风险。”

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之后,陶玮佳想到用电机的方式来进行驱动,让液压机器人抓手更新换代变成了电机机器人抓手。“不过使用电机也又产生了一个新问题,怎么用电机驱动绳子,让抓手能完美地抓取物体,需要在内部结构和外部连接上做很多设计。”

身在海外目前仍专注于机器人研发的陶炜佳,经常会通过互联网了解家乡南京的科技动态。“2019南京创新周”活动以“创新南京,机会无限”为主题,“共创、共享、共赢”为理念,以“未来更智能”为主线,办得很有特色,成为心系祖国的她和其他团队成员热议的话题。

陶玮佳还提到,一开始设计出来的时候,其实抓手跟她所想象的也不同。“我的预想是,抓手像人的手一样,能灵活的抓取物体。但一开始抓手抓取物体时,容易因为过度紧绷,导致手指方向扭曲。经过教授的指导,多次的改良后,软体抓手最终诞生。”

11月2日,陶炜佳在美国波士顿通过互联网联系到南京媒体艺术家园创建人梁平,成为这个平台中的一员。她将通过这个窗口及时了解家乡的变化,并愿意与南京科技工作者展开项目合作,为家乡经济建设出力。

顶级贵宾网站,发明参加学校竞赛,一举拿下一等奖

陶玮佳所在的伍斯特理工学院每年都会进行卡列尼安奖竞赛。这个竞赛设立于2006年,是
alba kalenian为纪念已故丈夫、发明家 aram kalenian
而设立的竞赛,旨在支持创新思想或开发商业产品。

2017年,陶玮佳和教授带着软体抓手参加了竞赛。一开始,陶玮佳根本没想到自己能拿奖,入围竞赛就让她很开心了。“学校有非常多的实验室,各种项目都会去申报,我竟然拿了一等奖,这让我很受鼓励。”

“我们的软体抓手可以抓住包裹手指的任何东西,例如纸巾盒或其他在仓库中捡拾或包装的物品。它还可以执行需要具有良好运动技能的任务,例如将各个甜甜圈包装到盒子中,可以抓住鸡蛋而不会压碎它。”

陶玮佳告诉记者,她把获得的奖金用于组件上,继续开发机械抓手,尝试不同的迭代。“这是我们的第一个原型,我希望能让这个机械抓手更适应其他机器人手臂,并能够将其出售给小型企业和仓库,查看其如何执行不同的任务。”

陶玮佳希望能够设计出不同尺寸的“抓手”,允许针对自定义任务使用自定义手柄。“就未来潜力而言,通过使用机械手在移动机械臂的帮助下采摘和包装水果,农业可以从中受益。”她说,机械手可以使人们免于在装配线上进行重复性工作,因此他们可以做更多的“创造性”工作,例如编程,培训和维护机器人。

近期,陶玮佳收到美国专利商标局的通知。机械抓手的专利已经获批,目前,这项发明已经在商业化的进程当中,并且已经有企业购买。

从小痴迷机械,立志创新机器人技术

谈起在机器人技术上的创新,陶玮佳打趣自己从小就像一个男生一样,特别迷恋机械,对于各种电器都充满了好奇,想知道它们是怎么运作的。

陶玮佳的父亲陶先生介绍,女儿从小兴趣爱好就和同龄的女孩子有些不同,就爱玩男孩子们爱玩的机器人,琢磨各种机械的东西。“不过我们都非常支持她的兴趣爱好,并没有扼杀、制止,而是让她自己去发展。我们一直很支持她的决定。”

高中时,在南京外国语学校就读的陶玮佳,加入了学校的乐高机器人兴趣小组。他们的项目在全国比赛中名列前茅。那时候开始,有了些“技术”的陶玮佳开始对家里的电器“下手”了,拆拆装装都是家常便饭。“收音机坏了就拆了,看看里头是什么样子,电路、电机是应该怎么运行的,没想到也就修好了。”

目前,陶玮佳在美国的一家创业公司工作,研究更智能的机器人解决方案。对于未来的计划,她希望能够继续读博士深造,在机器人软体领域进行更深入的研究。“机器人并不是在代替人工,而是在提高生产线的效率,而提高效率会使更多的人受益。在我心里,这是非常有意义的事。我希望能一直从事下去。

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