有触觉的新型仿生手能像人手一样抓握
BALI @ 2025.03.12 , 08:05 上午约翰霍普金斯大学研发的仿生手能像人手一样抓握，从毛绒玩具到水瓶都游刃有余。触觉反馈让它“感知”物体，柔软又坚韧，或为截肢者带来新希望。
想象一只机械手，轻轻拿起毛绒玩具，又能稳稳抓住水瓶，甚至还能小心翼翼地捏起装满水的塑料杯而不弄坏它。这不是科幻电影里的道具，而是约翰霍普金斯大学工程师们的新发明。这款仿生手不仅能像人类一样灵活抓握，还能根据物体的质地调整力道，避免失手或损坏东西。它的出现，或许会改变截肢者的生活，也可能让机器人手臂更聪明地适应周围世界。
这项成果今天登上了《科学进展》期刊。研发团队的负责人、生物医学工程师 Sriramana Sankar 说：“我们的目标从一开始就很明确——打造一只仿照人手功能和感觉的假肢，让它自然得就像失去的手臂一样。”他希望，失去上肢的人们能重新自如地触摸世界，拥抱亲人时不再担心弄疼他们。这种混合设计在机器人手领域开了先河，以往的机械手要么太硬，要么太软，很难像人手那样应对各种材质。
这只仿生手来自约翰霍普金斯的神经工程与生物医学仪器实验室——2018 年，他们曾推出全球首款能感知“痛感”的电子皮肤。这次的作品融合了橡胶般的柔软聚合物和 3D 打印的坚硬骨架，三层触觉传感器模仿人类皮肤，能分辨物体的形状和表面质感，而不只是简单地感知接触。它的每个软关节都充满空气，能通过前臂肌肉控制。Sankar 解释，机器学习算法会处理人工触觉信号，转化为逼真的触感，再通过电刺激传递给神经，让人“感觉”到手里的东西。
实验室里，这只手轻松应对了 15 种日常物品：从柔软的毛绒玩具、海绵，到硬邦邦的菠萝、金属水瓶，甚至纸板箱，它都拿得稳、放得轻。实验中，它的表现比其他同类产品更出色，成功率高达 99.69%。最让人惊叹的是，它用三根手指灵巧地拿起一个薄薄的塑料杯，里面装满水却一点没变形。Sankar 笑着说：“这就像人手，既能有力地握手，又能轻柔地捧起软物。我们融合了硬核和柔软的优点，开辟了机器人和假肢的新领域。”
要让截肢者重新“感觉”物体，这只手靠三大支柱：传感器探知环境、系统将数据转为神经信号、以及刺激神经传递触觉。指导这项研究的生物医学工程教授 Nitish Thakor 说，这款仿生手用前臂肌肉信号驱动，就像大多数假肢一样。这些信号连接大脑和神经，让手能根据触感弯曲、松开或调整。结果是，它仿佛能“知道”自己在摸什么，跟人类神经系统一样聪明。“端着咖啡时，怎么知道杯子要掉了？因为手掌和指尖告诉了大脑。我们模仿了这种机制，让假肢的‘大脑’也能懂冷热、软硬，甚至察觉物体是否要滑落，” Thakor 解释道。
在测试中，这只手展现了惊艳的适应力。无论是抓起脆弱的玩具，还是稳稳托住坚硬的水瓶，它总能恰到好处地调整握力。Sankar 说：“人手不是全硬或全软，而是骨头、关节和组织的完美配合。我们想让假肢也做到这一点。”这种混合灵活性不只对假肢意义重大，未来的机器人手也需要它。毕竟，它们不只要搬重物，还要能处理玻璃、布料甚至软玩具这样的精细活儿。
不过，这只是个开始。Thakor 坦言，虽然这项突破为混合机器人技术铺了路，但还有不少改进空间，比如增强抓力、增加传感器，或换上工业级材料。他憧憬道：“未来的机器人手得像人手一样，既有柔软的皮肤和组织，也有坚实的骨骼，才能真正融入我们的生活。”
参与研究的还有佛罗里达大西洋大学的 Wen-Yu Cheng，以及约翰霍普金斯的 Jinghua Zhang、Ariel Slepyan 等多人。这项工作得到了美国国防部和国家科学基金会的资助。从实验室到现实，这只仿生手正一步步让“感觉即相信”成为可能。
本文译自 ScienceDaily，由 BALI 编辑发布。
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