可编程材料打造的无电机手指，为机器人提供稳定位态

用可编程结构替代螺丝与铰链，为更多用户带来更优运动体验。

一款由单一可编程超材料制成的新型手指关节，有望简化仿生手与机器人抓爪的设计，以更低成本为用户提供更佳的舒适性、美观性与功能性。这一由弗劳恩霍夫卓越集群“可编程材料”（CPM）研发的系统，无需电机或复杂联动部件即可保持四种稳定位态，突破了传统假肢依赖螺丝、铰链与繁琐组件的设计范式。

来自多家弗劳恩霍夫研究所的研究人员正携手推进“ProFi”（可编程多稳态手指）项目。他们的目标是重新设计被动式仿生手，提供更直观的手指控制，同时确保无法负担复杂电子假肢的用户也能使用这一装置。

重构关节式假肢

带有关节手指的被动式仿生手因价格亲民与视觉逼真而备受青睐。然而，传统机械手指需大量连接部件，导致成本、重量和维护难度层层叠加。

据新闻稿介绍，ProFi系统以单一可编程超材料取代了整个传统结构，使手指能沿单轴弯曲，并关键性地实现多角度锁定。原型手指支持以30度为增量进行转动，提供四种不同的抓握、放松或手势位态。

研究人员通过有限元模拟验证结构在弯曲时的应力分布，据此优化设计，确保关节在承受重复使用的同时，除既定弯曲路径外均保持刚性。优化后的手指采用熔融沉积成型与选择性激光烧结等增材制造技术，一次性3D打印成型。这种无组装制造简化了定制流程，而定制化正是重视舒适度与手部自然形态的假肢用户关注的核心需求。

多稳态原理揭秘

要实现材料的可编程稳定性，需控制其内部结构在受力时的行为。弗劳恩霍夫科学家通过将双稳态单元晶格集成到关节设计中达成目标 —— 每个晶格均采用弹性梁结构，可在两种状态间快速切换并在无持续外力时保持稳定。

研究人员使用专为可编程材料开发的软件工具ProgMatCode对这一行为进行建模与优化。结合特殊设计的关节几何形态，多个双稳态晶格共同构成了无需电子装置或能量输入即可在锁定位态间流畅切换的手指。

这种被动式多稳态设计还提升了安全性，尤其在工业自动化抓取物体等场景中，简单可预测的机械结构能有效预防事故。

可编程材料崭露头角

该创新是“可编程材料”倡议推动材料行为重塑的重要实践。可编程超材料的宏观特性由其结构（而非化学组成）决定，其内部几何形态可在外部刺激下改变，从而实现不同功能状态的切换。

此类材料有望将整个系统整合为单一自适应部件，减轻重量、提升耐久度，并释放前所未有的设计自由度。机器人、医疗设备与环境技术领域预计将从中获益最多。

新型手指关节让未来图景触手可及：它作为紧凑型可定制机构，替代了多个机械部件，支持拟真运动，并使仿生手更易普及、更人性化。

随着研究推进，团队预计该技术将在矫形器与抓握工具中拓展应用，推动可编程材料融入日常生活。这一进展标志着仿生手功能与形态的双重飞跃，也为需要灵巧却简洁操纵器的机器人开辟了新可能。

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