中国科大胜利研发19自在度仿生乖巧手

人手具有23个自在度，分量仅为人体分量约1/150，但活动功效占满身活动功效的54%，是表现人类以及人形呆板人任务才能的要害部件。但是，事实中，包含人形呆板人的灵活手以及寰球超越一万万名上肢截肢患者的假肢手利用面对挑衅。传统假肢灵活手平日应用电机驱动，功率密度低，难以在自在度与分量之间找到幻想均衡：佩带超越人手分量（0.4千克）的灵活手会让患者觉得重大不适，而自在度较低（平日少于10个）灵活手仅能实现无限的抓握举措，远不迭人手的机动性。这些限度招致濒临一半的假肢灵活手被患者废弃应用。因而，统筹高自在度灵活活动跟舒服佩带的计划方式是假肢灵活手范畴的主要迷信成绩之一。研讨团队以高功重比外形影象合金（SMA）为人工肌肉驱动，仿生计划了类肌腱传动体系缩小SMA的驱能源同时减小传动阻力，基于类肌腱分别传动特点在手指及手段内嵌入23组传感单位实现枢纽准确活动把持，并集成包括冷却模块的38组阵列式SMA驱动器，实现了假肢灵活手的19自动自在度活动，如图1所示。得益于仿生计划方式跟高度集成方式，所计划的假肢灵活手仅重0.37千克，具有人手级其余灵活操纵才能，可实现诸如梳头、写字、握手、递手刺跟下棋等一样平常精致操纵义务，实现了佩带舒服性、高自在度跟准确可控的统筹。图1：基于人手的高自在度轻质假肢灵活手构造经由过程与语音辨认技巧联合，假肢灵活手具有简略、友爱且低本钱的人机交互才能，支撑60种言语跟20种方言，具有95%的辨认正确率跟毫秒级的呼应时光，适于在截肢患者中遍及。在临床测试中，一名60岁女性截肢患者仅用半天便纯熟控制该假肢灵活手的应用，胜利实现了多项尺度假肢手功效评价试验中的代表性义务，包含南安普顿手功效评价顺序（SHAP）跟沃尔夫活动功效测试（WMFT）。值得一提的是，该假肢灵活手还展示了操纵铰剪、应用手机以及实现庞杂的手语手势的才能，完善复现传统的33种人手抓握举措，还可能实现6种更高难度的新抓握举措，应用场景丰盛（图2）。该假肢灵活手存在极强的工程利用远景，可为人形呆板人灵活操纵及高机能假肢手研讨供给无效的处理计划。图2：假肢灵活手的类人手势、抓握、操纵功效及患者试验展现工程迷信学院精细机器与精细仪器系特任副研讨员杨浩、博士生陶哲，安徽年夜学电气工程与主动化学院教学杨健为论文第一作者。工程迷信学院精细机器与精细仪器系张世武教学、孙帅帅特任教学、金虎副教学跟近代力学系王柳特任教学为论文通信作者。论文的配合者还包含中国迷信技巧年夜学许旻副教学，澳年夜利亚伍伦贡年夜学李卫华教学，中国迷信技巧年夜学从属第一病院（安徽省破病院）痊愈医学科吴鸣技师长，该项研讨任务失掉了国度天然迷信基金及安徽科技翻新攻坚打算严重名目支撑。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56352-5