人手的重量僅占人體重量的約1／150，但運動功能占全身運動功能的54％。手是體現(xiàn)人類以及人形機(jī)器人工作能力的關(guān)鍵部件。人手可以實現(xiàn)33種不同的抓握動作，可以完成復(fù)雜的手語手勢，可以完成剪刀操作、手機(jī)使用等精細(xì)操作任務(wù)。

然而，目前人形機(jī)器人的靈巧手以及全球超過一千萬名上肢截肢患者的假肢手應(yīng)用面臨挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)假肢靈巧手通常使用電機(jī)驅(qū)動，功率密度低，難以在自由度與重量之間找到理想平衡：佩戴超過人手重量的靈巧手會讓患者感到嚴(yán)重不適，由于自由度較低（通常少于10個），靈巧手僅能實現(xiàn)有限的抓握動作，而真正的人手具備23個自由度，因此人形機(jī)器人靈巧手的靈活性遠(yuǎn)不及人手。

針對這一難題，來自中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院／人形機(jī)器人研究院的張世武教授以及合作者團(tuán)隊成功研發(fā)了一種具備19自由度的輕質(zhì)仿生靈巧手，兼顧高自由度靈巧運動和舒適佩戴，能夠復(fù)現(xiàn)人手級別的功能，有望服務(wù)全球上千萬上肢截肢患者的手部功能重建與日常生活輔助，并應(yīng)用于人形機(jī)器人靈巧操作。相關(guān)成果已于1月22日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然－通訊》。

研究團(tuán)隊以高功重比形狀記憶合金（SMA）為人工肌肉驅(qū)動，仿生設(shè)計了類肌腱傳動系統(tǒng)放大SMA的驅(qū)動力同時減小傳動阻力，基于類肌腱分離傳動特征在手指及手腕內(nèi)嵌入23組傳感單元實現(xiàn)關(guān)節(jié)精確運動控制，并集成包含冷卻模塊的38組陣列式SMA驅(qū)動器，實現(xiàn)了假肢靈巧手的19主動自由度運動。得益于仿生設(shè)計方法和高度集成方法，所設(shè)計的假肢靈巧手僅重0．37千克，具備人手級別的靈巧操作能力，可完成諸如梳頭、寫字、握手、遞名片和下棋等日常精細(xì)操作任務(wù)，實現(xiàn)了佩戴舒適性、高自由度和精確可控的兼顧。此外，高集成形狀記憶合金確保假肢手的抓握能力，最大負(fù)載達(dá)2．5千克，滿足患者日常所需。

通過與科大訊飛語音識別技術(shù)結(jié)合，假肢靈巧手具備簡單、友好且低成本的人機(jī)交互能力，支持60種語言和20種方言，具備95％的識別準(zhǔn)確率和毫秒級的響應(yīng)時間，適于在截肢患者中普及。在臨床測試中，一名60歲女性截肢患者僅用半天便熟練掌握該假肢靈巧手的使用，成功完成了多項標(biāo)準(zhǔn)假肢手功能評估實驗中的代表性任務(wù)。值得一提的是，該假肢靈巧手還展現(xiàn)了操作剪刀、使用手機(jī)以及完成復(fù)雜的手語手勢的能力，完美復(fù)現(xiàn)傳統(tǒng)的33種人手抓握動作，還能夠完成6種更高難度的新抓握動作，使用場景豐富。