（来源：DeepTouch CAAI认知系统与信息处理专委会）

导语：每年，全球有高达25%的草莓在采摘和运输过程中因磕碰腐烂而被浪费。对于这个难题，传统的刚性机械手往往“力大砖飞”，而人类指尖那套“察颜观色”与“轻柔拿捏”的绝活，在机器人身上却极难复现。近日，一项发表在《Nature Communications》上的研究打破僵局，展示了一款高度集成的五指软体抓手。它首次在紧凑的空间内融合了视觉与触觉多模态感知能力，能像经验丰富的老农一样，在极短的时间内准确判断出水果的成熟度，并以恰到好处的力度完成无损采摘。

一、采摘机器人的核心矛盾：“看得见”却“摸不准”

农业机器人在户外作业时，面临的环境远比室内复杂。传统视觉方案受限于光照变化和枝叶遮挡，检测误差居高不下。更关键的是，采摘机器人要对付的是大小、形状、硬度各异的活体农作物。如果只依赖视觉判断位置和颜色，而缺乏对力道的精准把控，结果往往只有两个：要么力道不够摘不下来，要么直接捏烂果实。

现有的大多数农业采摘夹具，普遍存在三个短板。感知模态单一——要么只有视觉，要么只有简单的压力传感，缺乏多模态融合能力。本体设计局限——传感器体积庞大且集成在刚性夹持器中，不仅限制了灵活度，更增加了果实的淤伤风险。触觉方案难以规模化——虽然已有导电弹性体、光纤、液态金属等多种触觉技术，但它们往往面临集成复杂度高、传感器分布不均、测量可靠性低等问题。

这项研究的核心突破，在于将高分辨率视觉、分布式触觉和曲率感知有机地融合在了同一个软体抓手内。这套由13个传感器组成的系统，让机器手在抓取水果的那一瞬间，能够同时“看见颜色”并“感受软硬”。

二、五指软手的“肌肉与神经”

为了在极小的空间内塞下所有“神经”，研究团队设计了一款基于柔性流体执行器原理的径向对称五指软体手。在80千帕气压下，手指能在不到2秒内迅速弯曲闭合。不仅手速快，它还是一只名副其实的“大力士”——虽然自身轻盈，却能产生高达6牛顿的拉力，轻松抓起超过自身重量16倍、重达1公斤的物体。它的工作空间覆盖范围极广，既能从200平方毫米闭合到完全展开的14000平方毫米，适应从小浆果到大型果蔬的各种尺寸。每根手指最大弯曲角度可达240°，性能与有限元模拟预测高度吻合。

而这只“软手”最核心的秘密，在于嵌入其体内的三种“神经”。每根手指内嵌一根定制的可伸缩光纤，它同时承担着测量手指弯曲状态的“本体感觉”和指尖接触力度的“触觉”双重任务。当手指弯曲或指尖接触物体时，通过测量微小的光强损失（可达-8.91分贝），便能精确区分出刚体与柔软浆果。此外，掌心还集成了RGB摄像头和红外测距传感器。这套“共定位”视觉系统，让抓手在接近果实的瞬间即可完成高精度“扫视”。通过提取HSV色彩空间中的色调通道，成功实现了对复杂光照环境下的抗干扰成熟度评估，形状分类准确率达到100%，尺寸测量误差控制在1.8%以内。

三、从无损摘草莓到一眼看穿牛油果

在实际操作演示中，这套多模态感知能力展现出了远超单一传感器的强大潜力。

对于皮薄易损的草莓，抓手从活体植株上以轻柔的力度抓住果实后，利用其搭载的旋转模块轻轻一扭，通过扭转果梗而非生拉硬拽的方式，完成了整套高难度的无损采摘动作。曲率和触觉传感器在这个过程中的数据反馈，确保了抓取力道刚好稳固又不至淤伤。

在另一项测试中，抓手则展现了对成熟度的精准识别能力。对于表皮颜色会从绿变为深紫的牛油果，视觉系统准确捕捉了这一颜色过渡。更关键的是，针对未成熟牛油果的高硬度，触觉传感器检测到高达-7.5分贝的光强损失；而面对因成熟而变软的牛油果，这一数值则降至-3.75分贝。视觉判断“能不能摘”，触觉验证“摘得对不对”，这种仿生的协同作业，让机器人首次具备了类似人类的综合判断力。

四、从农场走向更广阔的物理世界

这款具备触觉、视觉和本体感知的多功能软抓手，为精准农业的高通量采摘、分拣和包装提供了一种全新的解决方案，有望大幅减少生鲜供应链的损耗。

但这项工作的意义并不止于农业。在一个紧凑系统中融合多种物理感知技术，实现了对柔性物体的无损操作，这种架构本身就为具身智能打开了更广阔的想象空间。无论是在太空探索中抓取未知样本，在医疗手术中进行精细辅助，还是在食品工业中处理易碎材料，这种能够“温柔又聪明”地触碰世界的软体手，都代表着机器人从“看得懂”向“摸得懂”进化的重要一步。

在这只五指软手上，我们看到了机器人学一个正在被填补的空白：不再只是把传感器堆砌在机器上，而是把“感知”真正融进了“执行”的肌肉和神经里。当机器人学会用“皮肤”而非“程序”去感受世界时，真正的通用灵巧操作或许才刚拉开序幕。

论文信息

• 标题： Sensor fusion of tactile and vision in soft manipulators for fruit picking

• 作者： Mishra, A.K., Ramaswamy, A., Shree, V. et al.

• 期刊： Nature Communications, 17, 4307 (2026)