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人手的重量仅占人体重量的约1/150，但运动功能占全身运动功能的54%。手是体现人类以及人形机器人工作能力的关键部件。人手可以实现33种不同的抓握动作，可以完成复杂的手语手势，可以完成剪刀操作、手机使用等精细操作任务。
然而，目前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：佩戴超过人手重量的灵巧手会让患者感到严重不适，由于自由度较低（通常少于10个），灵巧手仅能实现有限的抓握动作，而真正的人手具备23个自由度，因此人形机器人灵巧手的灵活性远不及人手。
针对这一难题，来自中国科学技术大学工程科学学院/人形机器人研究院的张世武教授以及合作者团队成功研发了一种具备19自由度的轻质仿生灵巧手，兼顾高自由度灵巧运动和舒适佩戴，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。相关成果已于1月22日在线发表于国际学术期刊《自然-通讯》。
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。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。此外，高集成形状记忆合金确保假肢手的抓握能力，最大负载达2.5千克，满足患者日常所需。
通过与科大讯飞语音识别技术结合，假肢灵巧手具备简单、友好且低成本的人机交互能力，支持60种语言和20种方言，具备95%的识别准确率和毫秒级的响应时间，适于在截肢患者中普及。在临床测试中，一名60岁女性截肢患者仅用半天便熟练掌握该假肢灵巧手的使用，成功完成了多项标准假肢手功能评估实验中的代表性任务。值得一提的是，该假肢灵巧手还展现了操作剪刀、使用手机以及完成复杂的手语手势的能力，完美复现传统的33种人手抓握动作，还能够完成6种更高难度的新抓握动作，使用场景丰富。
(记者 陈婉婉)
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