中國科大成功研發(fā)19自由度仿生靈巧手助力上肢截肢患者重建手部功能

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2025-01-28 10:55:50 IT之家

中國科學技術大學工程科學學院和人形機器人研究院的研究團隊成功研發(fā)了一種具有19自由度的輕質仿生靈巧手，這種手能夠復現(xiàn)人手級別的功能。這項成果有望為全球上千萬上肢截肢患者提供手部功能重建與日常生活輔助，并應用于人形機器人的靈巧操作。相關研究成果發(fā)表在《Nature Communications》期刊上。

人手有23個自由度，重量僅占人體總重量的大約1/150，但其運動功能卻占據了全身運動功能的54%，是體現(xiàn)人類及人形機器人工作能力的關鍵部分。然而，現(xiàn)有的假肢手或人形機器人的靈巧手應用面臨挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)假肢手通常依賴電機驅動，功率密度低，難以平衡自由度與重量。過重的手會令佩戴者感到不適，而自由度較少的手只能實現(xiàn)有限的抓握動作，遠不及人手靈活。這些問題導致近一半的假肢手被用戶放棄使用。

研究團隊采用高功重比形狀記憶合金作為人工肌肉驅動，設計了類肌腱傳動系統(tǒng)以放大驅動力并減少阻力。通過內嵌23組傳感單元，實現(xiàn)了關節(jié)精確控制，并集成了38組帶有冷卻模塊的陣列式SMA驅動器，使得假肢靈巧手達到19個主動自由度。這款假肢靈巧手重量僅為0.37千克，具備與人手相當的操作能力，可完成梳頭、寫字、握手、遞名片和下棋等精細任務，同時保證了佩戴舒適性、高自由度和精準控制。

此外，該假肢靈巧手結合了語音識別技術，支持60種語言和20種方言，識別準確率達到95%，響應時間達到毫秒級，適合廣泛推廣。臨床測試中，一位60歲的女性截肢患者僅用半天就熟練掌握了假肢靈巧手的使用，完成了多項標準假肢手功能評估實驗中的代表性任務，如南安普頓手功能評估程序（SHAP）和沃爾夫運動功能測試（WMFT）。此外，該假肢手還能操作剪刀、使用手機以及完成復雜的手語手勢，重現(xiàn)了33種傳統(tǒng)的人手抓握動作，并能完成6種新的高難度抓握動作。

該研究工作得到了國家自然科學基金及安徽科技創(chuàng)新攻堅計劃重大項目的資助。

(責任編輯：于浩淙 zx0176)

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