机械手成精了：能变形、能爬行、自己抓东西，全程无人操控

一只机械手从机器人手臂上脱落，自己爬到桌子对面抓起一块积木，再爬回来重新装上手臂。这是武汉大学高霄和合作者最近发在《自然·通讯》上的一项真实成果。

他们设计了一种可拆卸的爬行机械手，既能像普通机械手一样抓取物体，又能从手臂上脱落，进而变成一只五条腿或六条腿的爬行机器人，自己去够那些原本够不到的东西。

它能够完成人类手部 33 种标准抓取模式中的全部，可以稳稳地抓起重达 2 公斤的物体。在一组多物体抓取实验中，它一次性同时抓起了四个物体，这在传统机械手中非常罕见。它还能实现非拟人形抓取，使用任意两根手指组合完成精细的指尖捏合，甚至能够使用六根手指的版本完成单手拧瓶盖的动作。

它还完成了完整的取物任务。只见机械手从手臂上脱落，然后自己爬行到目标位置，使用两根手指抓起一个黄色积木，把它背在身上继续爬行。它又抓起第二个蓝色积木，稳稳地叠在第一个上面，然后带着两个积木爬回手臂位置并重新对接。整个过程非常丝滑，展示了包含抓取、爬行、携带和对接等在内的全套能力。

（来源：https://doi.org/10.1038/s41467-025-67675-8）

高霄告诉 DeepTech：“目前的版本还有线缆连接，未来我们想做无线版本，并希望能够集成更多传感器。

当前，我正在指导一名博士生，准备把这个课题继续做下去，也在写相关的人才项目申请书。眼下只是一个原理验证原型，要想真正用于实际场景，还需要大幅改进结构可靠性，以及要考虑安全性和增加传感器等。”

图 | 高霄（来源：受访者）

人类的手常被视为灵巧的极致，不过它存在不对称这样一个天然缺陷。大拇指和其他手指配合能够完成很多精细操作，但这种不对称也让某些任务变得困难，比如单手拧瓶盖或者单手使用螺丝刀，这些操作需要对称的受力点，人类使用一只手很难做到。

由于人类手掌被固定在手臂末端，因此哪怕有肩膀和肘关节帮忙，也总是会有一些无法触及的区域比如掉到桌子底下的笔，或者塞在书柜深处的零件等。

本次研究团队从自然界寻找到了灵感。他们发现章鱼的腕足不仅可以爬行还可以抓握，螳螂虾的捕食肢同时也是它的行走足。基于此，研究团队设计了一款完全对称的机械手，每根手指的结构相同，每根手指也都能够双向弯曲，但其活动范围是人类手指的两倍以上。

这个设计的巧妙之处在于，任何两根手指都可以组成一对功性能的对生指，相当于这只手有好几个大拇指。同时，手掌里藏着一个电动螺丝结构，当手臂带着它移动到桌面边缘的时候，螺丝就会松开，手就可以脱落在桌面上，手指就能够变成腿开始爬行。

（来源：https://doi.org/10.1038/s41467-025-67675-8）

为了找到最佳的设计方案，研究团队使用遗传算法做了大量仿真优化。他们测试了从三根到八根手指的不同配置，评估了每种配置在抓取物体和爬行移动两个任务上的综合表现。

结果发现，四到五根手指是最佳选择，多了不仅会增加重量，还容易自己碰到自己。研究团队还使用算法优化了爬行步态的参数，比如优化了每条腿摆动的幅度、频率和相位差，让这只手能够在桌面上稳稳当当地向前走。

（来源：https://doi.org/10.1038/s41467-025-67675-8）

对称设计所带来的额外好处是：翻车了也能自己站起来。传统机器人如果四脚朝天往往就动弹不得，这只手的手指却可以双向弯曲，不管哪一面朝上，都能找到支撑点重新站立。研究团队对比了对称构型和非对称构型的爬行表现，结果显示相比不对称设计，对称设计在爬行距离上提升了 5% 到 10%。

未来，在工厂仓库里机器人可以自己爬进狭窄的货架缝隙里抓取零件，无需专门配置复杂的移动平台。在灾难救援中，这种机械手能够深入废墟的狭小空间，去抓取物品或者操作阀门。在家庭服务场景里，它能够从沙发底下拿出人类难以拿出来的掉落的遥控器。

（来源：https://doi.org/10.1038/s41467-025-67675-8）

这只机械手的诞生也引发了这样一个问题，那就是为何人类的手进化成了现在这个样子？人类的手有五根手指和一个不对称的大拇指，也许这只是造物设计里的局部最优解。但是，机械手无需遵循生物演化路径，设计师可以自由探索那些在自然界从未尝试过的形态，也许未来的机器人形态将会变得和现在的很不一样。

参考资料：

相关论文 https://doi.org/10.1038/s41467-025-67675-8

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