中國(guó)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(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院和人形機(jī)器人研究院的研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)了一種具有19自由度的輕質(zhì)仿生靈巧手,，這種手能夠復(fù)現(xiàn)人手級(jí)別的功能。這項(xiàng)成果有望為全球上千萬(wàn)上肢截肢患者提供手部功能重建與日常生活輔助,，并應(yīng)用于人形機(jī)器人的靈巧操作,。相關(guān)研究成果發(fā)表在《Nature Communications》期刊上。

中國(guó)科大成功研發(fā)19自由度仿生靈巧手

人手有23個(gè)自由度,，重量?jī)H占人體總重量的大約1/150,，但其運(yùn)動(dòng)功能卻占據(jù)了全身運(yùn)動(dòng)功能的54%，是體現(xiàn)人類及人形機(jī)器人工作能力的關(guān)鍵部分,。然而,，現(xiàn)有的假肢手或人形機(jī)器人的靈巧手應(yīng)用面臨挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)假肢手通常依賴電機(jī)驅(qū)動(dòng),，功率密度低,，難以平衡自由度與重量。過重的手會(huì)令佩戴者感到不適,，而自由度較少的手只能實(shí)現(xiàn)有限的抓握動(dòng)作,，遠(yuǎn)不及人手靈活。這些問題導(dǎo)致近一半的假肢手被用戶放棄使用,。

中國(guó)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

研究團(tuán)隊(duì)采用高功重比形狀記憶合金作為人工肌肉驅(qū)動(dòng),，設(shè)計(jì)了類肌腱傳動(dòng)系統(tǒng)以放大驅(qū)動(dòng)力并減少阻力。通過內(nèi)嵌23組傳感單元,，實(shí)現(xiàn)了關(guān)節(jié)精確控制,，并集成了38組帶有冷卻模塊的陣列式SMA驅(qū)動(dòng)器，使得假肢靈巧手達(dá)到19個(gè)主動(dòng)自由度。這款假肢靈巧手重量?jī)H為0.37千克,，具備與人手相當(dāng)?shù)牟僮髂芰?，可完成梳頭、寫字,、握手,、遞名片和下棋等精細(xì)任務(wù)，同時(shí)保證了佩戴舒適性,、高自由度和精準(zhǔn)控制,。

此外，該假肢靈巧手結(jié)合了語(yǔ)音識(shí)別技術(shù),，支持60種語(yǔ)言和20種方言,，識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到95%，響應(yīng)時(shí)間達(dá)到毫秒級(jí),，適合廣泛推廣,。臨床測(cè)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(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)假肢手功能評(píng)估實(shí)驗(yàn)中的代表性任務(wù)，如南安普頓手功能評(píng)估程序（SHAP）和沃爾夫運(yùn)動(dòng)功能測(cè)試（WMFT）,。此外,，該假肢手還能操作剪刀、使用手機(jī)以及完成復(fù)雜的手語(yǔ)手勢(shì),，重現(xiàn)了33種傳統(tǒng)的人手抓握動(dòng)作,，并能完成6種新的高難度抓握動(dòng)作。

該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金及安徽科技創(chuàng)新攻堅(jiān)計(jì)劃重大項(xiàng)目的資助,。

(責(zé)任編輯：于浩淙 zx0176)

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