華仿人手指可抓取超薄或超脆物體

在機械人領域，一個看似簡單卻始終困擾工程師的難題是：如何讓機器手指既“有力”又“溫柔”？為破解此難題，中國地質大學（武漢）自動化學院智能機械人系統實驗室教授賴旭芝帶領的 團隊，受人類手指剛柔並濟結構啟發，設計出一款剛

——柔——軟結構仿人手指。

從中國地質大學（武漢）獲悉，該校科研團隊研發出一款仿人手指，適用於抓取超薄或超脆物體，為機械人在食品處理、醫療護理、智能服務等高敏場景中的精細化應用開闢了新的可能。相關研究成果於近日發表於《自然 · 通訊》(Nature Communications)。

據賴旭芝介紹，該仿人手指由剛性管狀骨骼、柔性關節彈簧、氣動薄膜驅動器和軟體矽膠皮膚組成。這種結構確保了仿人手指的高承載能力和穩定性，同時使其具有類似人手的柔順輸出力。

剛——柔——軟仿人手指被構建成一個集成系統——內部由3D列印的輕質PLA管狀骨骼構成主承力結構，保證整體剛度與穩定性；關節部位嵌入定製的雙扭簧柔性元件，在實現類似人手指九十度向內彎曲的同時，有效抵抗橫向或反向的非自然形變；外部包裹一層高彈性、高摩擦係數的矽膠皮膚，提升對不同材質物體的抓握可靠性。整個結構通過一個緊貼骨骼的氣動薄膜驅動器進行控制，當腔內氣壓降低時，薄膜收縮帶動骨骼向內彎曲，模擬人手屈肌動作，完成抓取。

為了全面評估所設計的剛——柔——軟仿人手指的性能，研究團隊構建了兩指、三指機械手以及五指仿人機械手，並開展了一系列極具挑戰性的實驗。結果顯示，這款機械指真正做到了“剛柔並濟”。

從約十二克的小番茄到約一千克的3D打印耗材，從雞蛋到捲心菜，從A4紙到氣球，從三指抓取到雙指抓取……研究團隊通過大量實驗，驗證了裝有該仿人手指的抓持器在不同質量、硬度、尺寸和形狀情形下，具有良好抓取能力。其中，在抓取豆腐實驗中，抓持器將豆腐從平台上拾起，再準確放回，連續重覆二十次均未造成任何破損或碎裂；在抓取薯片實驗中，抓持器從水平、傾斜、垂直等角度，均能通過自適應變形有效貼合薯片曲面，實現多次無損抓取與放置。

“隨着人形機械人逐步走向生活，其末端執行器性能正成為決定其‘類人能力’的關鍵。”研究團隊成員、中國地質大學（武漢）自動化學院教授孟慶鑫表示，剛——柔——軟結構仿人手指結構簡潔、成本低廉，可以裝置到任何人形機械人上，為人形機械人實用化、高端化發展提供關鍵支撐。

水 登