飞天意面怪，是你吗？
天空中，有一只我们看不见的怪兽在飞行。
它身体的主要成分是淀粉，具体来说是一坨松散的意大利面。乱蓬蓬的面条丛里，伸出两支像蜗牛那样的眼柄，托起一双无神却难以抗拒的大眼睛。除此之外，看上去柔软的面条，还牢牢抓着两颗饱满的肉丸，那是意大利面常见的配菜。
这只怪兽名叫飞天意面怪（Flying Spaghetti Monster），是一位毕业不久的美国大学生鲍比・亨德森（Bobby Henderson）在 2005 年创造出来的“神”。
鲍比曾就读俄勒冈州立大学物理系，当他知道堪萨斯州教育委员会决议允许公立高中开设与神创论有关的课程后，便构思出飞天意面怪以表达抗议和嘲讽。在此基础上，他创立了“飞天面条神教”（Pastafarianism），教义认为宇宙就是由这只隐形的怪兽创造的 —— 鲍比还在写给教育委员会的公开信中呼吁，学校里的科学课堂应给予这位创世神足够的重视。
或许只是巧合吧，最近出现了一只机器人，身形也像是许多根面条聚在一起的样子，而它也会用那些面条般的触手紧紧抓住一个球……
“面条”是如何卷起来的
21 世纪的机器人，能跑步能跳舞，能深入核电厂的废墟检测辐射水平，能在月球上四处探索未知的空间…… 仿佛人类能做的事机器人能做，人类做不到的事机器人也能做。不过，在全面溃败之前，人类仍有一些独到的技能，尚未被机器人攻克。
其中之一便是抓取技能。不论马克杯还是纸杯，不论足球还是气球，不论一根香蕉还是一串葡萄，我们可以轻易拿起各种各样的物体，根据它的形状和质地来决定要施加怎样的力 —— 这对人类来说通常不是太复杂的计算，在我们还没意识到的时候，大脑可能早就完成了决策。
但对机器人而言，抓取物体从来不是简单直接的任务。特别是遇到形状不规则的物件，它们很少能做出合适的抓取动作，常常表现得笨拙又好笑，让人联想起一些被故意设置了地狱参数而抓不到娃娃的娃娃机。
多年以来，总有不少科学家在挑战这道世界难题。于是，我们隔三岔五便会在科技新闻里看到，又有新的机器人为抓取而生，技能更上一个台阶。今年 10 月，形如面条的触手机器人（tentacle robot）出现在人们眼前。
它来自哈佛大学工程与应用科学学院（SEAS），可以靠一组细长的触手缠住物体。科学家说它和水母有些相似，这类动物会将自己的触手黏在猎物身上。而对机器人来说，一根触手力量弱小，但有 12 根触手一起工作，抓紧物体就变得容易，形状不规则的“猎物”也能应对。
只不过，机器人的触手抓住猎物后，不会像许多水母那样释放毒素让猎物瘫痪。毕竟，它被设计出来并不是为了捕食哪种动物，抓取和搬运才是主要功能。没有工作的时候，机器人的触手们会自然地垂下；而当工作来临时，触手可以迅速卷曲起来抓住物体。
这些灵动的触手，是依靠充气和放气来控制的。言下之意，它们是中空的，更像意大利面家族里的吸管面（Bucatini）。没有充气的情况下，这些面条处在放松状态，充气后则会卷曲，成为抓取工具。
每根“吸管面”大约有 30 厘米长，由一种硅橡胶制成，是弹性体。重点在于管壁的厚度并不均匀，一侧比较厚，另一侧比较薄。如此一来，“吸管面”被打气之后可以变得高度弯曲，从而有更多的区域能和它要抓取的物体发生接触。这样的 12 根面条，排列为两个圆圈，外圈直径 5 厘米，内圈 2.5 厘米，它们共同组成了机器人的抓手。
而当机器人抓住物体并搬运到目的地，操控者想让它撒手的话，只要将面条放气，它就会回归自然下垂的形态。
抓取不同的物体时，需要的力道总有不同。可以说，每种物体都会带来一项新的任务，可能需要具体问题具体分析。在从前的许多研究中，科学家常常用到复杂的算法，根据物体本身的属性或机器人与物体接触时的状态，来决定每一次抓取要用怎样的动作。
不过，这只面条机器人不需要智能的动作规划，不依靠感知或反馈的数据来调整姿势，省去了机器学习的过程，仅凭充气这一种简单的控制方法，便可在一定的尺寸范围内，抓住各种形状的物体。
以不变应万变
所以，它都能抓些什么？
先从形状比较简单的物体讲起。开头展示的抓球只是其中之一，科学家还让机器人支配过一个空心的圆柱（筒）。当圆柱躺平的时候，卷起来的机器人可以把它稳稳拿捏，并传送到指定位置；当圆柱立起来的时候，让机器人从内部抓起它来，同样不在话下。
机器人的另外一个抓取对象，是一副树状的小架子。它有 8 条枝杈，比球体或圆柱的形状更复杂，可供机器人接触的边界更不规则 —— 在研究者眼中，这代表着一项新的抓握任务，与传统抓握有本质区别。
但在机器人的抓手面前，这项新任务似乎没有带来额外的难度：80 次抓取测试的成功率超过 90%。于是，科学家又设置了附加题，不让机器人从“树”的正上方直接抓取，而是往旁边偏移一段距离（如 1 厘米、2 厘米、3 厘米）再出手缠住目标。
结果发现，稍稍错位影响不大，面条机器人对位置误差的容忍度很高，当抓手中心轴与目标物体的中心轴之间，相隔 0.6 个物体半径那么远的距离，抓取（并短距离搬运）的成功率仍然居高不下。如果想动摇机器人的成绩，还需让抓手偏移到更远的位置再开始行动。
面条机器人出色的能力，让科学家感到欣慰。假如你觉得，实验室里的“树”不算什么，现实世界会有更多结构复杂的货物等着它来支配。
比如，许多人喜欢在家里养育花草，而小型盆栽已经成为了机器人的目标。当内部压强为 172 千帕的时候，卷曲的面条顺利拎起了一盆植物。
还有另外几株盆栽，虽说各有各的形态，但都逃不出相似的命运。一些形状不规则的玩具，以及一座小型三脚架，也被机器人用同一种方式捕获。以不变应万变，研究者最欣赏的就是这只机器人的适应性。它或许没有像传说中的“飞天意面怪”一样创造万物，但可以用 12 只灵活的触手，将许多不同的物体玩弄于股掌。
这只机器人的诞生并非一蹴而就。研究者在倒模制造前，已经在电脑上用模拟实验测试了面条机器人的能力：看面条抓手应该如何排布，或者说排成的两个圆圈应有多大直径，才能实现更高的抓取成功率。
它在现实世界成功捕捉猎物之前，大概已经在虚拟世界失败无数次了。当然，现实世界里依然会有不少失败，而科学家也依然需要继续努力。
如果上网时遇到“证明你不是机器人”的验证程序，告诉它你抓取物体的能力比机器人强，也不能帮你通过验证。
原论文：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2209819119
参考链接：
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/
本文来自微信公众号：环球科学 （ID：huanqiukexue），撰写：栗子，审校：clefable
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