小指如章魚(yú)般柔軟蜿蜒，指尖還自帶“透視眼”。整只“手”遇熱能變色提醒，單根“手指”成本不到1塊錢(qián)。在2025世界人工智能大會(huì)（WAIC）上，復(fù)旦大學(xué)智能機(jī)器人與先進(jìn)制造創(chuàng)新學(xué)院智能機(jī)器人研究院甘中學(xué)教授團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的多源仿生3D打印柔性靈巧手首次亮相。

這款靈巧手打破傳統(tǒng)機(jī)器手設(shè)計(jì)，以仿生結(jié)構(gòu)、3D打印柔性材料和傳感控制系統(tǒng)相結(jié)合，不僅能靈活抓握、夾取、勾挑，還能通過(guò)溫度變色、視覺(jué)識(shí)別等功能巧妙應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境，更大幅降低制作成本，詮釋機(jī)器人與人類(lèi)共融共生的美好未來(lái)。

小拇指像章魚(yú)觸手，東西掉在縫隙也能拿

靈巧手是一種能夠模擬人手復(fù)雜動(dòng)作和精細(xì)操作的機(jī)器人末端執(zhí)行器，廣泛應(yīng)用于服務(wù)機(jī)器人、醫(yī)療、工業(yè)裝配和輔助殘障等領(lǐng)域。展望未來(lái)，當(dāng)人形機(jī)器人進(jìn)入家庭，靈巧手也將承擔(dān)絕大多數(shù)操作任務(wù)，是核心部件之一。

這款由復(fù)旦大學(xué)團(tuán)隊(duì)所開(kāi)發(fā)的多源仿生靈巧手可通過(guò)3D打印定制化設(shè)計(jì)并一次成型，其中拇指到無(wú)名指為仿人手結(jié)構(gòu)，采用柔性關(guān)節(jié)與繩索欠驅(qū)實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)、柔軟、而靈巧的操作能力，小指為仿章魚(yú)觸手結(jié)構(gòu)，能像章魚(yú)一樣實(shí)現(xiàn)對(duì)多種物體的靈巧、連續(xù)彎曲包絡(luò)，同時(shí)其指尖嵌入了微型內(nèi)窺鏡，為這只“手”點(diǎn)亮一盞燈，讓它在黑暗狹窄的縫隙中也能“看清”目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)抓取。比如鑰匙不慎滑落櫥柜窄縫，人手或剛性機(jī)械手望塵莫及，正是這只靈巧手大展身手的舞臺(tái)。即使?jié)撊胨颅h(huán)境，它也能保持出色的成像能力。

相較于傳統(tǒng)六自由度靈巧手，這款產(chǎn)品還能實(shí)現(xiàn)單手握持三個(gè)物體的操作，其自由度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)剛性機(jī)械手、甚至人手：不僅手指可靈活左右擺動(dòng)，大拇指更能完成 180 度旋轉(zhuǎn)，繞至手背側(cè)與 章魚(yú)手 結(jié)構(gòu)形成協(xié)同動(dòng)作。

而在需要穩(wěn)定性的任務(wù)中，它同樣出色。例如打開(kāi)抽屜時(shí)，機(jī)械臂主體無(wú)需大幅前后移動(dòng)，僅憑靈巧手的協(xié)調(diào)動(dòng)作即可完成，保持整體姿態(tài)平穩(wěn)。食指與中指由單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，配合默契，可實(shí)現(xiàn)耦合的雙向側(cè)擺與抓取動(dòng)作，無(wú)論是需要細(xì)膩操作的精密物件還是需要穩(wěn)固握持的重物，都能輕松應(yīng)對(duì)。

整只靈巧手的手指與外殼采用防水的變溫柔性材料，通過(guò)3D打印技術(shù)一體成型。這不僅賦予了它類(lèi)生物組織的柔軟與彈性，更讓它擁有遇熱變色的“超能力”，及時(shí)提醒用戶“熱手”與“冷手”的風(fēng)險(xiǎn)，提升了家庭、醫(yī)療等場(chǎng)合的人機(jī)安全保障體驗(yàn)。

可適配多種人型機(jī)器人，單根手指控制在1元以?xún)?nèi)

在傳統(tǒng)機(jī)器人領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)高自由度動(dòng)作、多任務(wù)操作，通常需要配備大量驅(qū)動(dòng)電機(jī)和復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致成本高昂、裝配難度大、維護(hù)繁瑣。而復(fù)旦研發(fā)的靈巧手僅配置6個(gè)電機(jī)，且所有電機(jī)都集成在手部而沒(méi)有涉及機(jī)械臂，這意味著靈巧手的產(chǎn)業(yè)化門(mén)檻大幅降低。

從成本來(lái)看，這款靈巧手采用 3D 打印與模塊化設(shè)計(jì)，單根手指本控制在 1 元以?xún)?nèi)，整只手成本在千元級(jí)，大幅降低更換難度和成本，用戶在家也可完成自主更換。得益于其標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和高度集成，靈巧手可靈活適配多類(lèi)型人形機(jī)器人、機(jī)械臂，可以幫助人形機(jī)器人實(shí)現(xiàn)“按需搭配”、智能升級(jí)。

在家政輔助、醫(yī)療康復(fù)、實(shí)驗(yàn)室輔助、特殊環(huán)境任務(wù)等多個(gè)領(lǐng)域，這款靈巧手擁有廣闊應(yīng)用前景。特別是居家服務(wù)場(chǎng)景下，柔性靈巧手可輕松“拿捏”杯子、鑰匙、餐具等易碎且形狀多變的物品，高安全性和自適應(yīng)能力讓老人、孩子也能安心受益于智能機(jī)器人帶來(lái)的便利；在實(shí)驗(yàn)、醫(yī)療領(lǐng)域，靈巧手能協(xié)助完成精細(xì)操作或危險(xiǎn)環(huán)境任務(wù)，可以拿取試管、調(diào)配試劑等，提升效率與安全。

該項(xiàng)目得益于智能機(jī)器人研究院博士后盧秋潔在靈巧操作、柔性仿生與智能感知領(lǐng)域長(zhǎng)期的理論與技術(shù)積累，與甘中學(xué)教授、張壯青年研究員、以及中科大、西湖大學(xué)等團(tuán)隊(duì)通力協(xié)作，研究成員還包括多位研究生與本科生。項(xiàng)目短短三個(gè)月內(nèi)從構(gòu)想到樣機(jī)落地，實(shí)現(xiàn)了材料、結(jié)構(gòu)、控制三位一體的突破。

“這只是開(kāi)始。希望靈巧手不僅服務(wù)于實(shí)驗(yàn)室，還能真正落地到千家萬(wàn)戶，被產(chǎn)業(yè)和社會(huì)真正需要?！毖芯吭喝诵晚?xiàng)目總工程師劉力政博士表示，未來(lái)團(tuán)隊(duì)將持續(xù)優(yōu)化傳感與算法系統(tǒng)，進(jìn)一步提高靈巧手在動(dòng)態(tài)環(huán)境下的精細(xì)操作能力，探索更多智能感知與人機(jī)協(xié)作的新可能。