当机器人面对一颗草莓、一片生鱼、一团橡皮泥时会发生什么？传统两指夹爪要么压坏，要么抓不稳。洛桑联邦理工学院（EPFL）团队最近的一项工作给出了一个反直觉的答案：别抓了，托着就行。

01.

用筷子还是用勺子？这是个问题

人类在处理物体时其实并不总是“抓”。我们用筷子夹炸薯条，却用勺子盛土豆泥；我们更容易用手掌把篮球托起来，而不是用手指去抓；面对一条滑溜的鱼，我们从下方用一个平面去承托它，而不是去握。

EPFL可重构机器人实验室的Jamie Paik团队最新工作正是从这一日常观察出发：当传统抓取失效时，人类会自然转向“面接触+非抓握”的策略。

那么，把机器人的末端执行器从“指”变为“面”，是否能绕开抓取范式的种种瓶颈？

围绕这一思路，团队提出了一种全新的机器人操作范式——「以面代爪」 / 面式操作：以最简的平面代替手指，不依赖稳定抓取，即可灵巧操控形状、尺寸、刚度差异巨大的各类物体。相关研究于 2026 年 1 月 9 日发表于 Nature 旗下子刊 npj Robotics。

图 1：a 人类在日常生活中天然地区分”抓取”与”承托”两种策略——棒球、炸鸡、画笔适合抓，篮球、土豆泥、活鱼则更适合托。b–d 面式操作的三种基本操作原语：平移、翻转、旋转。

02.

两块会变形的“小桌子”，干出大事

面式操作采用模块化的折纸结构作为硬件载体。每个模块基于 Canfield 平行机构原理，通过折纸工艺加工而成，具有3 个自由度(滚转、俯仰、升降)，顶面是一块约 150×150 mm² 的可重构操作平面。

两个模块并排放置，共同构成一套 6 自由度的协作“操控面”。

这种设计带来一个重要的工程优势：折纸结构采用层层叠压的平面工艺加工，天然适合大规模批量生产。这意味着未来如果要把面式操作推向真实产线，硬件本身的量产成本与扩展难度都相对可控。

在这套极简硬件之上，团队定义了三个基本操作原语：

•平移：调整平面的俯仰与滚转，把物体“滑”到目标位置；高摩擦下还会引入垂直振荡产生周期性冲量，把物体”震”过去。

•翻转：通过其中一块平面的快速抬升，让物体绕水平轴完成180° 翻转——无需任何抓取动作。

•旋转：物体跨在两块平面之间，通过周期性调整其中一块平面的滚转角度，把物体一点点“拨”到目标朝向。

三种原语可以任意组合，叠出远比“抓取放置”灵巧的能力。

03.

不只是“抓取放置”：让机器人“重塑”物体

机器人操作领域有个长期共识：“抓取放置”是基本盘，但真正灵巧的操控应该能改变物体本身的形态，比如折衣服、揉面团、卷寿司等。当末端执行器从指变成面时，操控形状突然变成一件自然的事。

论文最后一组实验里，团队用两块折纸平面，把一根橡皮泥长条折叠成了卷状——只是“翻转 → 平移 → 翻转”三步原语的组合。

图 2：用两块折纸面把一根橡皮泥长条经过两次折叠变成卷状——“翻转 → 平移 → 翻转”三步原语组合的完整过程。

最反直觉的是控制层面：整套操作只需要视觉跟踪物体的长度和几何中心，不需要建模复杂的接触动力学，不需要预知材料本构方程，不需要力反馈。简单的视觉测量加一组状态机，就让“重塑形状”这件原本属于灵巧手前沿研究的事，在两块面之间自然发生。

这一思路向折叠衣物、揉制面团等真实场景扩展，只是模块数量与尺度的问题。

04.

从饼干到软泥：一套硬件，通吃万物

论文用一组覆盖面极广的实验，展示了面式操作的鲁棒性：

• 刚体闭环操控：对 8×8×3 cm³、110 g 的方块完成全自动平移、180° 翻转和任意目标角度旋转；
• 软体闭环操控：从随机起点把橡皮泥/软泥闭环平移到目标，平均速度 5.6 cm/s，稳态误差约 1 cm；
• 任意形状日常物品(开环遥操作)：包装饼干、透明盒装蛋糕、棉花填充玩具鱼、胶带卷、不均匀分布的爆米花袋——通通无需更换末端执行器，就能稳定操控。

图3：从刚体方块、各形态软泥，到曲奇、蛋糕包装、毛绒玩具、胶带卷、爆米花袋——同一套硬件全部通吃。

很难想象一个传统夹爪能同时稳定操控饼干、爆米花袋和橡皮泥而不切换策略。

05.

为什么这件事重要？

食品包装、生鲜分拣、烘焙自动化、医药处理等领域，长期被难以稳定抓取的物体困住：滑溜的鱼片、易碎的曲奇、形状不规则的水果、随时变形的面团。这类物体在预制菜、净菜、生鲜电商等高速增长赛道里占据着相当大的产线比重——传统夹爪伤损率高，人工分拣又跟不上，自动化升级一直是行业卡点。

论文专门展望的葡萄串包装(见文末图 4)就是一个具象的产线想象。葡萄串从上游传送带过来，形态、朝向、尺寸都各不相同——夹爪稍一用力果粒就脱落，但又必须精准对位入盒。

面式操作的解法是：让葡萄串自然落到两块折纸面上，平移到工作区中心 → 旋转调整朝向 → 翻转完成正反面切换 → 送入对应包装托盘，整个流程不依赖任何稳定抓取，自然规避了”夹爆””挤伤”这类传统范式难以根治的问题。把模块从 2 块扩展到 4 块、6 块，就能并行处理多串葡萄，匹配工业产线的吞吐节奏。

类似的痛点在烘焙自动化(曲奇/面包姿态调整)、生鲜物流(鱼虾分拣)、柔性制造(易变形零件对位)、医疗辅助(样本搬运)、家庭服务(衣物折叠、食材处理)等场景中普遍存在——「以面代爪」都能提供一个根本不同的解题角度。

从学术层面看，本工作首次把模块化可重构平面系统性地作为非抓握操作的硬件载体，并在最少自由度(2×3=6 个自由度)下闭环演示了对刚体、软体、可变形物体的统一操控框架，为”少即是多”的具身智能设计哲学提供了一个具体可量化的案例。

图 4：葡萄串包装产线的应用想象——上游传送带输入形态、朝向、尺寸各异的葡萄串，中间由两块折纸操作面完成姿态调整与对位，下游整齐输出至包装托盘。模块数量可向上扩展以匹配产线吞吐节奏。

论文链接：https：//www.nature.com/articles/s44182-025-0006