來了，這才是真正的仿生機械手

2020-09-25 虎嗅APP

本文來自微信公眾號：學術頭條（ID：SciTouTiao），編審：王新凱，題圖來自：《阿麗塔：戰鬥天使》

使用具有同等能力和效率的人工設備來取代人手，是一個長期的挑戰。

使是最先進的假肢手臂，也無法達到人類手的複雜性、靈活性和適應性。當前我們能夠見到的上肢假肢系統，只能稱為一種工具，而不能成為失臂或失手者的替代品。

在最新一期Science Robotics《科學機器人》封面中，義大利理工學院IIT實驗室就展示了一款最新開發的仿生手Hannes，不僅外觀與人手非常相似，而且可使截肢患者恢復90%以上功能，其設計理念也被授予Compasso d'Oro國際工業設計獎。

該仿生手Hannes是一種包括手和腕等多關節的上肢假肢系統，其特點是柔軟性較好，且具有動態適應要抓握物體形狀的能力。

為了評估Hannes的有效性和實用性，研究人員對上肢截肢者進行了試驗，結果發現，截肢患者在不到一周訓練時間內，就可以在家中自行使用Hannes進行日常活動。

目前，仿生手Hannes已獲得CE標誌，並準備進入國際醫療市場。

‍讓身體殘疾的患者恢復殘肢的功能，是科學家一直以來努力的方向。

2013年，義大利理工學院Istituto Italiano di Tecnologia（IIT）實驗室便開展了一系列的項目，旨在為身體殘障患者開發具有創新性和成本效益的高科技仿生設備。

其與義大利國家工傷保險研究所的Prosthen假肢部門的研究人員，骨科醫生，工業設計師和患者共同設計而成的仿生手就是最新科研成果。

為致敬19世紀60年代Centro Protesi Inail技術總監和上肢假肢的開拓者Johannes「 Hannes」 Schmidl教授，故將此款仿生手命名為「Hannes」。

既往研究和商業售賣的仿生手要麼具有很高的性能，但價格昂貴，要麼價格低廉，雖堅固耐用但通用性有限且美學效果差。與以上仿生手相比，這款仿生手「Hannes」 不僅容易操作，堅固，成本低，且握力和外觀可與人手相媲美，顯示出其卓越的性能。

Hannes仿生手是一個肌電系統，可根據患者上肢不同程度的損傷進行調節。放置在定製插座中的一系列表面肌電傳感器可以檢測患者殘餘肢體的肌肉活動，患者通過主動收縮肌肉來進行多種操作。

此外，研究人員開發出特定的軟體和藍牙連接用來自定義Hannes仿生手的操作參數，例如運動的精度和速度，從而為每位患者提供最佳的體驗。

該仿生手可供患者佩戴一整天（電池最長使用時間為1天，容量為1300mAh），且已在使用超過1年的環境中進行了耐久性和穩健性測試（近500000個生命周期）。

Hannes仿生手最強的在於其機械設計，在目前市場領域也是遙遙領先。其使用的機械差速系統使得Hannes仿生手僅使用單個馬達就可適應要抓握的物體，而且，該系統的效率與人手相一致。此設計讓Hannes仿生手具備自然手感的同時，其功能也大幅增加。

目前，Hannes仿生手重量為450克，具有右手和左手各兩種尺寸，分別適用於女性和男性受試者。

此外，Hannes仿生手的手指和手腕活動也十分靈活。其手指在靜止時可以自然彎曲和定位。其中，拇指可以定位於3個不同的位置，以適應多種抓取操作，包括拾取小物體的精細抓取，握住小物體的側向抓取以及可抓取和移動重物的強力抓取。整體抓取有效且穩健。

該仿生手還能使腕部做出關鍵的旋轉運動，如使腕部前旋和後仰。這樣使得Hannes仿生手在不損害患者情況下可實現不同方向的抓取。

而且，Hannes仿生手抓握的速度也非常快，其在不到1秒的時間內就可完成完全閉合抓握，最大抓握力可達150N，遠遠超過其他研究和商業售賣的「仿生手」。

目前，IIT-INAIL專利申請書包含了Hannes仿生手的基本原理和設計。而且，Hannes仿生手也已經具備歐洲市場上商業化和國際銷售的「許可證」。目前研究人員正在尋找投資人和公司以大規模工業化生產Hannes仿生手，最終使殘障患者獲益。

參考資料：

https://robotics.sciencemag.org/content/5/46/eabb0467

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-09/iidt-tb092120.php

本文來自微信公眾號：學術頭條（ID：SciTouTiao），編審：王新凱

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