中国科大成功研发19自由度仿生灵巧手
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近日，中国科学技术大学工程科学学院/人形机器人研究院张世武教授、王柳特任教授、金虎副教授与孙帅帅特任教授成功研发了一种具备19自由度的轻质仿生灵巧手，能够复现人手级别的功能，有望服务全球上千万上肢截肢患者的手部功能重建与日常生活辅助，并应用于人形机器人灵巧操作。相关成果1月22日以"A lightweight prosthetic hand with 19-DOF dexterity and human-level functions"为题在线发表于国际学术期刊《Nature Communications》。
人手具备23个自由度，重量仅为人体重量约1/150，但运动功能占全身运动功能的54%，是体现人类以及人形机器人工作能力的关键部件。然而，现实中，包括人形机器人的灵巧手以及全球超过一千万名上肢截肢患者的假肢手应用面临挑战。传统假肢灵巧手通常使用电机驱动，功率密度低，难以在自由度与重量之间找到理想平衡：佩戴超过人手重量（0.4千克）的灵巧手会让患者感到严重不适，而自由度较低（通常少于10个）灵巧手仅能实现有限的抓握动作，远不及人手的灵活性。这些限制导致接近一半的假肢灵巧手被患者放弃使用。因此，兼顾高自由度灵巧运动和舒适佩戴的设计方法是假肢灵巧手领域的重要科学问题之一。
研究团队以高功重比形状记忆合金（SMA）为人工肌肉驱动，仿生设计了类肌腱传动系统放大SMA的驱动力同时减小传动阻力，基于类肌腱分离传动特征在手指及手腕内嵌入23组传感单元实现关节精确运动控制，并集成包含冷却模块的38组阵列式SMA驱动器，实现了假肢灵巧手的19主动自由度运动，如图1所示。得益于仿生设计方法和高度集成方法，所设计的假肢灵巧手仅重0.37千克，具备人手级别的灵巧操作能力，可完成诸如梳头、写字、握手、递名片和下棋等日常精细操作任务，实现了佩戴舒适性、高自由度和精确可控的兼顾。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56352-5；
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