突破性可翻转机械手，可脱离机械臂自主移动

洛桑联邦理工学院这款机械手…… 画面中其仍与机械臂相连
2025 LASA/CREATE/EPFL CC BY SA

什么器官拥有对生拇指，还是地球上最灵巧的工具？答案显然是人类的手。不过，这一说法如今已不再绝对。至少瑞士洛桑联邦理工学院工程学院的工程师们是这样认为的 —— 他们研发出一款机械手，在受控操控任务中的灵巧度已然超越人类手部。
 
数百年间，研究人员一直将人类的手视作衡量灵巧度的标杆，因此机械手的设计也向来以复刻人类手部的结构和功能为核心。但这一设计思路，也让机械手承袭了人类手部的先天局限。尽管从夹持器到仿生手，各类仿人机械手都能出色完成捏取、抓取、提举等动作，但其功能始终被人类对 “手部能力边界” 的认知所束缚。
 
不妨试想一下：如果拥有不止一根拇指，我们能完成哪些动作？如果手指不仅能向掌心弯曲，还能向外弯折，又会带来怎样的可能？单只手能否同时完成多项任务？比如握着瓶子的同时，再拿起一支笔。
洛桑联邦理工学院工程学院学习算法与系统实验室主任奥德?比亚尔表示：“当我们试图够到家具下方、货架背后的物品，或是同时完成诸如握瓶取薯片罐这类动作时，人类手部的局限便会显露无遗。”


这款机械手最多可搭载六根指体，两端各配有一根对生拇指。
2025 LASA/CREATE/EPFL CC BY SA

为解答这些问题并突破人类手部的先天局限，洛桑联邦理工学院的研究团队设计并研发出一款高灵巧度的模块化机械手。该机械手配备多达六根指尖覆有硅胶的同款指体，可完成 33 种不同的人类抓取动作。团队摒弃了人类手部非对称的传统设计思路，采用对称式结构，让任意手指组合都能实现类拇指的捏取动作。
 
此外，机械手最外侧的两根手指可调整位置，在手部两端各形成一根对生拇指 —— 也就是说，这款机械手拥有两根对生拇指，这一点完胜人类手部！其深度对称的设计还打破了固定 “掌心” 与 “手背” 的结构局限，手指可直接向后弯折，实现 “掌心” 位置的翻转。


由于手指可实现全向弯折，这款机械手能够以手背托举并操控各类物品。
2025 LASA/CREATE/EPFL CC BY SA

你是否有过这样的经历：为触碰够不到的物品，不得不借助工具或调整身体姿势？而这一场景对这款机械手而言完全不成问题，因为它可以与机械臂分离独立工作。机械手的每一根手指都能自主运作，使其能够 “爬行” 至机械臂的操作范围之外。
 
比亚尔解释道：“我们研发的这款设备能稳定、流畅地完成‘移动操控’—— 即结合了静态操控与自主移动的复合动作，我们认为这一功能在工业、服务及探测机器人领域拥有巨大的应用潜力。”
 
对于经典虚构作品《亚当斯一家》的粉丝而言，这一功能会让这款机械手莫名联想到剧中的经典角色 “小手”，只不过它的灵巧度要远超后者。而在实际研发中，研究人员表示，这款机械手的设计灵感主要来源于大自然。


针对专项作业需求，这款机械手可与机械臂分离（见左上插图），并自主移动作业。
2025 LASA/CREATE/EPFL CC BY SA

比亚尔表示：“许多生物演化出了功能多样的肢体，可灵活切换抓握、移动等不同功能。例如章鱼的柔韧腕足，既能在海底爬行，也能撬开贝壳；而在昆虫界，螳螂则会利用特化的肢体完成移动与捕猎的动作。”
 
自主移动能力与机械手各类灵巧操作特性相结合，使其拥有远超人类手部及现有设备的作业能力。该机械手采用对称式设计，且能对每一根同款指体进行独立控制，这一设计让它可同时完成爬行、以“手背”固定物品、操控工具等多项动作。


可翻转、可分离式机械手，重新定义灵巧操控新高度

视频请关注B站:https://www.bilibili.com/video/BV1gCPGzjEWp/

研究团队认为，这款机械手的设计具备广泛的应用前景，尤其适用于对高灵巧度、高适应性、小型化及自主控制能力有严格要求的场景。例如，医用机械臂虽已能实现超高精度操作，而这款机械手还能为其带来质的功能提升：它可同时抓取、握持并操作多种工具，这一能力无疑将大幅提高外科手术的效率与精准度。
 
该机械手的优势同样适用于军事国防领域，如拆弹作业、从狭窄或危险空间中取回物品等任务；工业装配领域也是其天然的应用场景，这类场景中往往需要完成精细且多步骤的操作。事实上，所有依赖精细手部动作的工作与行业，从缝纫到咖啡制作，都能借助这一系统提升作业效率。
 
比亚尔表示：“这种对称、可翻转的功能特性，在那些需要突破人类手部常规能力的应用场景中，具备尤为重要的价值。”
 
或许有人会好奇，这款机械手是否能替代人类的真实手掌。尽管目前其设计初衷并非作为假肢使用，但研究团队认为，该设计可经适配后应用于假肢领域。
 
详述该研究成果的论文近期发表于《自然?通讯》期刊。
来源：洛桑联邦理工学院