盖世汽车讯 据外媒报道，约翰霍普金斯大学（Johns Hopkins University）的工程师们开发出开创性假手，可以像人类一样抓握毛绒玩具、水瓶和其他日常物品，并仔细调整其抓握方式，以避免损坏或误操作所抓握的物品。

图片来源：期刊《Science Advances》

该系统的混合设计是机械手的首次尝试，机械手通常太硬或太软，无法在处理不同质地和材质的物体时复制人类的触觉。这项创新为失去手的人提供了一个有希望的解决方案，并可以改善机械臂与环境的互动方式。相关研究论文发表在期刊《Science Advances》。

“从一开始，我们的目标就是制造一只假手，我们根据人手的物理和感知能力建模，制造出一种更自然的假肢，功能和感觉就像失去的肢体一样，”领导这项工作的约翰霍普金斯大学生物医学工程师Sriramana Sankar表示。“我们希望让失去上肢的人能够安全自由地与周围环境互动，感受和拥抱他们所爱的人，而不必担心伤害他们。”

该设备由神经工程和生物医学仪器实验室开发，该实验室于2018年创造了世界上第一个具有类似人类疼痛感的电子“皮肤”，其特点是多指系统，带有类似橡胶的聚合物和刚性的3D打印内部骨架。它的三层触觉传感器灵感来自人类皮肤层，使其能够抓取和区分各种形状和表面纹理的物体，而不仅仅是检测触摸。

Sankar称，该机械手的每个柔软、充满空气的手指关节都可以由前臂的肌肉控制，机器学习算法会聚焦来自人工触觉受体的信号，以创造逼真的触觉。Sankar解释说：“来自手指的感觉信息被翻译成神经语言，通过电神经刺激提供自然的感觉反馈。”

在实验室中，这只机械手识别并操作了15种日常物品，包括精致的毛绒玩具、洗碗海绵和纸板箱，以及菠萝、金属水瓶和其他更坚固的物品。在实验中，与其他设备相比，该设备取得了最佳性能，成功以99.69%的准确率处理物体，并根据需要调整抓握力以防止发生意外。最好的例子是，它敏捷地拿起一个装满水的薄而易碎的塑料杯，只用三根手指，但没有使杯子变型。

“我们结合了刚性和柔性机器人的优势来模仿人类的手，”Sankar表示。“人类的手并非完全僵硬或纯粹柔软——它是一个混合系统，由骨骼、软关节和组织共同协作。这正是我们希望我们的假手能够实现的目标。这是机器人和假肢的新领域，之前它们还没有完全采用这种混合技术。它能够坚定地握手或拿起柔软的物体而不用担心压坏它。”

指导这项研究的约翰霍普金斯大学生物医学工程教授Nitish Thakor表示，为了帮助截肢者恢复抓握物体时的感觉能力，假肢需要三个关键部件：用于检测环境的传感器、将数据转换成类似神经信号的系统，以及刺激神经使人能够感受到感觉的方法。

这种仿生技术允许手以这种方式运作，使用来自前臂的肌肉信号，就像大多数假手一样。这些信号连接大脑和神经，使手能够根据触觉弯曲、释放或做出反应。Thakor称结果是机械手可以直观地“知道”它正在触摸什么，就像神经系统一样。

“如果你手里拿着一杯咖啡，你怎么知道它就要掉下来了？你的手掌和指尖会向大脑发出信号，告诉你杯子正在滑落，”Thakor表示。“我们的系统是受神经启发的——它模拟手的触觉受体，产生类似神经的信息，这样假肢的‘大脑’或其计算机就能知道某物是热的还是冷的、软的还是硬的，或者是否从握把上滑落。”

Thakor表示，虽然这项研究是混合机器人技术的早期突破，可以改变假肢和机器人技术，但还需要做更多的工作来完善这个系统。未来的改进可能包括更强的握力、更多的传感器和工业级材料。

“这种混合灵活性不仅对下一代假肢至关重要，”Thakor说道。“这也是未来机械手所需要的，因为它们不仅要处理大而重的物体。它们还需要处理玻璃、织物或软玩具等精细材料。这就是为什么像人手一样设计的混合机器人如此有价值——它结合了软硬结构，就像我们的皮肤、组织和骨骼一样。”