中國科大成功研發(fā)仿生靈巧手，具備19自由度！

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院/人形機(jī)器人研究院張世武教授、王柳特任教授、金虎副教授與孫帥帥特任教授成功研發(fā)了一種具備19自由度的輕質(zhì)仿生靈巧手，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1月22日以"A lightweight prosthetic hand with 19-DOF dexterity and human-level functions"為題在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》。 "Bn]-o|r  
人手具備23個自由度，重量僅為人體重量約1/150，但運動功能占全身運動功能的54%，是體現(xiàn)人類以及人形機(jī)器人工作能力的關(guān)鍵部件。然而，現(xiàn)實中，包括人形機(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（0.4千克）的靈巧手會讓患者感到嚴(yán)重不適，而自由度較低（通常少于10個）靈巧手僅能實現(xiàn)有限的抓握動作，遠(yuǎn)不及人手的靈活性。這些限制導(dǎo)致接近一半的假肢靈巧手被患者放棄使用。因此，兼顧高自由度靈巧運動和舒適佩戴的設(shè)計方法是假肢靈巧手領(lǐng)域的重要科學(xué)問題之一。 g3w-Le&T  
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，如圖1所示。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。 U,2\ TBz