蘇黎世聯(lián)邦理工研究人員開發(fā)出3D打印仿生機(jī)械手，靈活度堪比人類手掌

導(dǎo)讀：增材制造與醫(yī)療領(lǐng)域之間的協(xié)同效應(yīng)正在顯著增長。從制作3D 打印血管和植入物到制造藥丸形式的藥物，這些應(yīng)用正在不斷擴(kuò)展，并引發(fā)醫(yī)療領(lǐng)域的變革。

2023年8月22日，南極熊獲悉，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員在機(jī)器人領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，推出了“FaiveHand”，這是一種通過 3D 打印生產(chǎn)的肌腱控制機(jī)器人手。他們與馬克斯·普朗克蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院學(xué)習(xí)系統(tǒng)中心合作，旨在開發(fā)一種高度模仿人類手掌特征的機(jī)械手裝置。因此，F(xiàn)aive Hand 與人類的手掌非常相似，使其能夠?yàn)槲覀儓?zhí)行日常任務(wù)，包括家務(wù)活。

△3D 打印的Faive Hand，帶有肌腱和拇指關(guān)節(jié)（照片來源：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院）

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院致力于醫(yī)療領(lǐng)域的創(chuàng)新。例如，他們的研究人員此前已經(jīng)推出了使用3D 打印真菌創(chuàng)建的皮膚，以及具有實(shí)時(shí)監(jiān)控功能的精制鞋墊。

△帶有由壓電元件制成的導(dǎo)電軌道和傳感器的 3D 打印鞋墊

這種類人手裝置因其流暢且不受限制的運(yùn)動(dòng)而引人注目，使其能夠精確地執(zhí)行復(fù)雜而熟練的活動(dòng)。與基于模型的傳統(tǒng)控制方法相比，科學(xué)家在這種情況下選擇了強(qiáng)化學(xué)習(xí)（RL）。強(qiáng)化學(xué)習(xí)特別適合復(fù)雜且逼真的機(jī)器人配置，以Faive Hand為例，它需要細(xì)致而精致的動(dòng)作和屬性。Faive Hand 是在軟機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室內(nèi)構(gòu)思的，通過 3D 打印制造并由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

Faive Hand多功能人形機(jī)器人手的開發(fā)與傳統(tǒng)工業(yè)夾具一樣，經(jīng)濟(jì)高效且易于使用，其技術(shù)特點(diǎn)包括：

• 16個(gè)直流伺服電機(jī)
• 重量輕（0.8公斤）
• 高負(fù)載能力（10 公斤）
• 硅膠墊可實(shí)現(xiàn)順應(yīng)抓握
• 關(guān)節(jié)脫位
• 所有關(guān)節(jié)的位置傳感
• 所有指尖均具有觸覺力感應(yīng)
• 基于手勢(shì)的控制
• 用于安裝在機(jī)器人手臂上的標(biāo)準(zhǔn)法蘭（DIN . ISO 9409-1-A50）
  

彌合人與機(jī)器之間的差距

在這項(xiàng)裝置創(chuàng)新中，研究人員通過結(jié)合滾動(dòng)接觸接頭，引入了無固定軸旋轉(zhuǎn)的可能性。然而，這可能會(huì)在管理和可操作性方面帶來挑戰(zhàn)，這主要是由于其高自由度 (DoF) 設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。為了解決這個(gè)問題，研究人員正在開發(fā)關(guān)節(jié)角度編碼器，以提高轉(zhuǎn)向操作期間的精度和控制。值得注意的是，手的模擬框架及其低級(jí)控制器通過強(qiáng)化學(xué)習(xí) (RL) 訓(xùn)練促進(jìn)命令的執(zhí)行，展示了 IsaacGym 模擬器中成功的技能轉(zhuǎn)移和功能。目前，研究人員不斷致力于增強(qiáng)手的功能和性能，從而為人機(jī)交互（MMI）的新前景鋪平道路。