科學(xué)家3D打印出迄今最靈巧的擬人仿生機(jī)械手

一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械手有兩種普遍的設(shè)計(jì)流派。第一種是以完成某項(xiàng)工作為導(dǎo)向的簡(jiǎn)單明了的高效機(jī)械手，依靠?jī)扇�根“手指”（所形成的鉗子）輕而易舉的完成許多工 作。第二種是完全按照人類雙手進(jìn)行精確模擬——擁有一根拇指的其他四根手指的設(shè)計(jì)，基于人類數(shù)百萬(wàn)年進(jìn)化而成的雙手去設(shè)計(jì)機(jī)械手，因?yàn)槲覀兩磉吽�有的物體 都是根據(jù)我們的雙手去設(shè)計(jì)的，所以如果希望機(jī)器人能夠盡可能做到更多事情，最好是擁有一雙像真人一樣的手。 "Q[rM1R  
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鑒于真實(shí)人手內(nèi)在的復(fù)雜性，在設(shè)計(jì)擬人仿生手時(shí)不可避免的采取了許多折中方案，讓它們正常工作的同時(shí)還保持了人手的外形。來(lái)自西雅圖華盛頓大學(xué)的Zhe Xu和Emanuel Todorov開(kāi)創(chuàng)性的開(kāi)發(fā)了一款有史以來(lái)最精細(xì)且運(yùn)動(dòng)最準(zhǔn)確的擬人仿生手，它的終極目標(biāo)是完全取代人類雙手。 V+Tu{fFF7E  
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關(guān)于設(shè)計(jì)一種新的機(jī)械手對(duì)他們的重要性，Xu表示：  hb,G'IU  
“擬人機(jī)械手設(shè)計(jì)的常規(guī)方法是，用類似鉸鏈、聯(lián)動(dòng)裝置和平衡環(huán)等零件來(lái)實(shí)現(xiàn)生物部件的機(jī)械化，從而將看似復(fù)雜的人體參照物進(jìn)行了簡(jiǎn)化。這種方法對(duì)于理解并模仿人手的運(yùn)動(dòng)原理有一定幫助，但不可避免的制造了一些人與機(jī)械手之間的不良差異，因?yàn)槿耸稚洗蠖鄶?shù)顯著的生物力學(xué)特征都在機(jī)械化的過(guò)程中被丟棄了。這些機(jī)械手和人手生物力學(xué)在本質(zhì)上的不匹配阻礙了我們使用自然的手部運(yùn)動(dòng)來(lái)直接控制它們。因此，還沒(méi)有任何一只擬人機(jī)器人手可以達(dá)到人手的靈巧程度�！� X`+8r
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Xu和Todorov決定從零開(kāi)始他們的機(jī)械手項(xiàng)目，以盡可能精確的方式機(jī)械的復(fù)制人手。首先，他們通過(guò)激光掃描出了人手的骨骼，然后通過(guò)3D打印出匹配的人工骨骼，使他們能夠復(fù)制出我們?nèi)耸炙鶕碛械撵`活的連接關(guān)節(jié)。Xu解釋說(shuō)： NCKhrDd&  
“例如，我們對(duì)生拇指的運(yùn)動(dòng)依靠于腕掌關(guān)節(jié)（CMC）中梯形骨的復(fù)雜形狀。由于梯形骨的不規(guī)則形狀，CMC關(guān)節(jié)軸沒(méi)有固定的精準(zhǔn)位置。所以說(shuō)，目前所有的擬人機(jī)械手都是采用傳統(tǒng)的機(jī)械連接，這種連接方式固定的旋轉(zhuǎn)軸。因此，這些傳統(tǒng)的機(jī)械手都無(wú)法還原自然的拇指運(yùn)動(dòng)。我們通過(guò)掃描尸體手骨架，3D打印了人工骨骼，并且該人工手指關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍、剛度、和動(dòng)態(tài)行為都非常接近人手。我們的機(jī)械手設(shè)計(jì)獨(dú)一無(wú)二的保留了重要的人手生物力學(xué)信息，達(dá)到了解剖級(jí)別�！� SXJ]()L?[v  
關(guān)節(jié)韌帶（身體用來(lái)固定關(guān)節(jié)且控制它們活動(dòng)范圍的部分）的材料使用了高強(qiáng)度的Spectra帶，并帶有激光切割的橡膠板來(lái)代替增加關(guān)節(jié)依從性的軟組織。伸肌和屈肌的肌腱（用來(lái)矯直和彎曲手指的部分）也由Spectra帶構(gòu)成，同時(shí)用更多的激光切割橡膠板代替了腱鞘和伸肌腱帽，后者是通過(guò)包裹手指來(lái)使其應(yīng)對(duì)靈活性和扭矩的復(fù)雜的蹼狀多層結(jié)構(gòu)。UW（華盛頓大學(xué)縮寫(xiě)）手的最后一部分構(gòu)成是肌肉，它是由一排10個(gè)Dynamixel伺服系統(tǒng)組成，它們的電纜布線也緊密的模仿了人手的腕隧道。 E[nJ'h<h  
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