對(duì)于全球數(shù)百萬因身體原因行動(dòng)不便的成年人而言，獨(dú)立進(jìn)食曾是難以實(shí)現(xiàn)的愿望。傳統(tǒng)輔助進(jìn)食機(jī)器人依賴人類使用的餐具，在面對(duì)多樣化食物時(shí)，常因無法精準(zhǔn)控制戳、舀、擰等動(dòng)作，導(dǎo)致食物滑落，難以滿足用戶需求。這一困境促使科研人員重新思考：是否該跳出“讓算法適應(yīng)人類工具”的框架，為機(jī)器人設(shè)計(jì)專用餐具？

弗吉尼亞理工大學(xué)與康奈爾大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)給出了創(chuàng)新答案——Kiri-Spoon。這款結(jié)合傳統(tǒng)勺子外形與軟體機(jī)器人性能的餐具，靈感源自日本“切紙（Kirigami）”藝術(shù)。其勺面由可變形的“切紙”結(jié)構(gòu)組成：靜止時(shí)呈扁平狀，驅(qū)動(dòng)后2D薄片迅速屈曲，形成可變曲率的3D碗狀結(jié)構(gòu)，如同張開雙臂“擁抱”食物。這種包裹式抓取機(jī)制，讓機(jī)器人無需復(fù)雜計(jì)算，只需將勺子移至食物上方并驅(qū)動(dòng)“閉合”，即可穩(wěn)穩(wěn)包裹食物；運(yùn)送時(shí)“碗”結(jié)構(gòu)防止滑落，送至嘴邊釋放驅(qū)動(dòng)力后，勺子恢復(fù)扁平形態(tài)，方便用戶進(jìn)食。

為確保Kiri-Spoon兼顧功能與用戶體驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)采用“利益相關(guān)者驅(qū)動(dòng)”設(shè)計(jì)流程，與護(hù)理人員、職業(yè)治療師及弗吉尼亞The Virginia Home社區(qū)的殘障人士深入合作。通過多輪訪談與測(cè)試，團(tuán)隊(duì)不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)：針對(duì)初期勺柄連接環(huán)剛性導(dǎo)致用餐不適的問題，最終采用鎳鈦合金（記憶金屬）柔性環(huán)，外裹食品級(jí)柔軟材料，既提升舒適度，又能彎曲適應(yīng)不同餐具輪廓。最終成型的Kiri-Spoon由三部分組成：食品級(jí)TPU材料制成的可更換切紙勺片、支撐勺片的柔性環(huán)，以及控制勺片曲率變化的1自由度線性驅(qū)動(dòng)器。其模塊化設(shè)計(jì)允許用戶根據(jù)食物類型或個(gè)人偏好更換勺片，且裝置可清洗、符合食品安全標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，研究團(tuán)隊(duì)通過全自動(dòng)食物獲取測(cè)試與真實(shí)場(chǎng)景體驗(yàn)，驗(yàn)證了Kiri-Spoon的實(shí)用性。在全自動(dòng)測(cè)試中，搭載Kiri-Spoon的Franka Emika機(jī)械臂與使用傳統(tǒng)餐具的機(jī)械臂對(duì)比，抓取圓形或小顆粒食物（如胡蘿卜、圣女果、豌豆）時(shí)，Kiri-Spoon成功率超80%；處理柔軟濕滑食物（如豆腐、果凍）時(shí)優(yōu)勢(shì)顯著，因其能完全包裹食物，而傳統(tǒng)勺子易導(dǎo)致滑落。傳統(tǒng)叉子需根據(jù)食物硬度調(diào)整“下叉”角度，Kiri-Spoon則可在固定角度完成所有抓取任務(wù)，大幅簡(jiǎn)化機(jī)器人控制算法。不過，它對(duì)扁平緊貼盤底的食物（如生菜葉）抓取效果有限。

真實(shí)場(chǎng)景測(cè)試中，團(tuán)隊(duì)將Kiri-Spoon安裝在市售輔助進(jìn)食設(shè)備Obi上，邀請(qǐng)4位殘障人士與設(shè)備標(biāo)配的傳統(tǒng)勺子對(duì)比體驗(yàn)。客觀數(shù)據(jù)顯示，處理罐頭橘子（濕滑）和通心粉（粘稠）時(shí)，Kiri-Spoon成功率略高；主觀反饋中，用戶雖認(rèn)為傳統(tǒng)勺子更熟悉，但普遍認(rèn)為Kiri-Spoon“獲取食物更可靠”“送食更牢固”，一位參與者評(píng)價(jià)其“盛取食物更安穩(wěn)”，證明設(shè)計(jì)切實(shí)解決了用戶核心痛點(diǎn)。

為進(jìn)一步厘清“機(jī)械智能”與“算法智能”的貢獻(xiàn)，團(tuán)隊(duì)招募16名無行動(dòng)障礙者進(jìn)行“2x2”實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)四種組合：傳統(tǒng)餐具+手動(dòng)遙控、傳統(tǒng)餐具+自主算法、Kiri-Spoon+手動(dòng)遙控、Kiri-Spoon+自主算法。結(jié)果顯示，“Kiri-Spoon+自主算法”組合表現(xiàn)最佳，嘗試次數(shù)最少、獲取食物量最多；令人意外的是，手動(dòng)控制的Kiri-Spoon表現(xiàn)也優(yōu)于自主算法控制的傳統(tǒng)餐具，證明設(shè)計(jì)優(yōu)良的物理工具能從根本上降低任務(wù)難度，其提升效果甚至超過算法優(yōu)化。主觀偏好上，16人中有10人明確選擇Kiri-Spoon，認(rèn)為其“功能全面、處理食物出色，靈活性讓取食更簡(jiǎn)單直觀”。