【導(dǎo)讀】一般來說,機器手有兩種普遍的設(shè)計流派。第一種是以完成某項工作為導(dǎo)向的簡單明了的高效機器手,依靠兩三根「手指」(所形成的鉗子)輕而易舉的完成許多工作。第二種是完全按照人類雙手進(jìn)行精確模擬——擁有一根拇指的其他四根手指的設(shè)計,基于人類數(shù)百萬年進(jìn)化而成的雙手去設(shè)計機器手,因為我們身邊所有的物體都是根據(jù)我們的雙手去設(shè)計的,所以如果希望機器人能夠盡可能做到更多事情,最好是擁有一雙像真人一樣的手。
鑒于真實人手內(nèi)在的復(fù)雜性,在設(shè)計擬人仿生手時不可避免的采取了許多折中方案,讓它們正常工作的同時還保持了人手的外形。來自西雅圖華盛頓大學(xué)的ZheXu和EmanuelTodorov開創(chuàng)性的開發(fā)了一款有史以來最精細(xì)且運動最準(zhǔn)確的擬人仿生手,它的終極目標(biāo)是完全取代人類雙手。
關(guān)于設(shè)計一種新的機器手對他們的重要性,Xu表示:
「擬人機器手設(shè)計的常規(guī)方法是,用類似鉸鏈、聯(lián)動裝置和平衡環(huán)等零件來實現(xiàn)生物部件的機械化,從而將看似復(fù)雜的人體參照物進(jìn)行了簡化。這種方法對于理解并模仿人手的運動原理有一定幫助,但不可避免的制造了一些人與機械手之間的不良差異,因為人手上大多數(shù)顯著的生物力學(xué)特征都在機械化的過程中被丟棄了。這些機器手和人手生物力學(xué)在本質(zhì)上的不匹配阻礙了我們使用自然的手部運動來直接控制它們。因此,還沒有任何一只擬人機器人手可以達(dá)到人手的靈巧程度。」

Xu和Todorov決定從零開始他們的機器手項目,以盡可能精確的方式機械的復(fù)制人手。首先,他們通過激光掃描出了人手的骨骼,然后通過3D打印出匹配的人工骨骼,使他們能夠復(fù)制出我們?nèi)耸炙鶕碛械撵`活的連接關(guān)節(jié)。
「例如,我們對生拇指的運動依靠于腕掌關(guān)節(jié)(CMC)中梯形骨的復(fù)雜形狀。由于梯形骨的不規(guī)則形狀,CMC關(guān)節(jié)軸沒有固定的精準(zhǔn)位置。所以說,目前所有的擬人機器手都是采用傳統(tǒng)的機械連接,這種連接方式固定的旋轉(zhuǎn)軸。因此,這些傳統(tǒng)的機器手都無法還原自然的拇指運動。我們通過掃描尸體手骨架,3D打印了人工骨骼,并且該人工手指關(guān)節(jié)的運動范圍、剛度、和動態(tài)行為都非常接近人手。我們的機器手設(shè)計獨一無二的保留了重要的人手生物力學(xué)信息,達(dá)到了解剖級別?!?/div>
關(guān)節(jié)韌帶(身體用來固定關(guān)節(jié)且控制它們活動范圍的部分)的材料使用了高強度的Spectra帶,并帶有激光切割的橡膠板來代替增加關(guān)節(jié)依從性的軟組織。伸肌和屈肌的肌腱(用來矯直和彎曲手指的部分)也由Spectra帶構(gòu)成,同時用更多的激光切割橡膠板代替了腱鞘和伸肌腱帽,后者是通過包裹手指來使其應(yīng)對靈活性和扭矩的復(fù)雜的蹼狀多層結(jié)構(gòu)。UW(華盛頓大學(xué)縮寫)手的最后一部分構(gòu)成是肌肉,它是由一排10個Dynamixel伺服系統(tǒng)組成,它們的電纜布線也緊密的模仿了人手的腕隧道。
除去工藝絕倫之外,我們還可以通過waldo遙控器去操縱UW手準(zhǔn)確的模仿人手的各種抓拿動作。研究人員認(rèn)為,因為他們的機器人動力學(xué)非常接近真實的人手,因此,用戶可以在沒有任何力反饋的情況下用手進(jìn)行復(fù)雜的操作。用戶也可以在研究人員歸因于與人手運動學(xué)高度匹配的機器手上,在零力回饋的情況下用手進(jìn)行復(fù)雜的操作。
真正的關(guān)鍵在于:擬人機器手完全按照模擬人手來設(shè)計,這意味著它可以模擬人手的動作,這主要取決于它的構(gòu)造,而非一種電腦編程。在遙控操作方面,它也有很多潛在優(yōu)勢,因為操作者可以更加無縫的利用自己雙手的靈活性。

更有趣的是,研究人員認(rèn)為他們所研究的機器手可以用來「為肢體再生的研究做3D支架」。Xu解釋說:
「對義肢假手的控制主要依賴于人的大腦。因此,如果義肢的設(shè)計更加接近于生物本體,那同樣的神經(jīng)義肢技術(shù)就會更加有效。生物相容性材料現(xiàn)在已經(jīng)可以被打印成骨架,可生物降解的人造韌帶也可以被用來取代撕裂的前交叉韌帶,人類肌肉已經(jīng)成功地在培養(yǎng)皿內(nèi)被培育出來,而且外周神經(jīng)在合適的條件下也可以再生。所有這些有前途的新技術(shù)都需要適合移植細(xì)胞生長的支架。我們將與生物學(xué)和組織工程學(xué)的研究人員合作,進(jìn)一步探索仿生機器手在神經(jīng)義肢和肢體再生等新興領(lǐng)域作為生物制造設(shè)備/支架的潛力?!?/div>
華盛頓大學(xué)的XuZhe和EmanuelTodorov的「高仿生擬人機器手對假肢再生的設(shè)計」將于五月份在斯德哥爾摩五月份的ICRA(IEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomation)會議上呈現(xiàn)。
XuZhe目前是耶魯大學(xué)GRAB實驗室的博士后。
特別推薦
- 亦真科技XR奇遇!2025西部電博會開啟VR密室/恐怖解密探險之旅
- 攻克28G PAM4抖動難題!差分輸出VCXO如何重塑光通信時鐘架構(gòu)
- 低至0.0003%失真!現(xiàn)代正弦波發(fā)生器如何突破純度極限
- 蓉城再掀技術(shù)革命!第三十屆國際電子測試測量大會聚焦射頻前沿
- 9.9元搶500元超值觀展禮包!深圳智能工業(yè)展早鳥福利限時開搶
- 3μV噪聲極限!正弦波發(fā)生器電源噪聲凈化的七階降噪術(shù)
- 選對扼流圈,EMC不再難!關(guān)鍵參數(shù)深度解析
技術(shù)文章更多>>
- DigiKey B站頻道火出圈:粉絲破10萬大關(guān),好禮送不停
- 全局快門CMOS傳感器選型指南:從分辨率到HDR的終極考量
- IOTE 2025深圳物聯(lián)網(wǎng)展:七大科技領(lǐng)域融合,重塑AIoT產(chǎn)業(yè)生態(tài)
- 中國半導(dǎo)體行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展創(chuàng)新成果榜單發(fā)布
- 第八屆中國 IC 獨角獸榜單發(fā)布
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
DVI連接器
EEPROM
Element14
EMC
EMI
EMI濾波器
Energy Micro
EPB
ept
ESC
ESD
ESD保護(hù)
ESD保護(hù)器件
ESD器件
Eurotect
Exar
Fairhild
FFC連接器
Flash
FPC連接器
FPGA
Fujitsu
Future
GFIVE
GPS
GPU
Harting
HDMI
HDMI連接器
HD監(jiān)控