科学家开发3D打印机械手柔软堪比人手还会弹钢

机械手的音乐之旅：一场融合了科技与人手智能的挑战

导语

科学家们最近研发了一款独特的机械手，这款机械手通过3D打印技术模拟人手的骨骼和韧带结构，只需移动手腕就能在钢琴上弹奏出美妙的音乐。这一创新挑战了复制人手的所有能力极限，并展示了设计在复杂运动实现中的关键作用。

这款由剑桥大学研究人员开发的机械手，通过结合软质和刚性材料，精细模拟了人手的骨骼结构，尽管无法与人手的灵活度完全相提并论，但其机械设计却能够实现令人惊叹的大范围运动。

这种机械手的运动被称为“被动”运动，意味着它的手指不能独立移动。这并未阻止它模仿不同风格的钢琴演奏。相反，这种设计使其在《科学机器人》杂志上发表，为设计出能够更自然运动、能耗最小的机器人铺平了道路。

复杂的运动源于机械体、环境以及大脑（或控制器）之间的相互作用。这一系统的机械特性和设计对于实现智能功能至关重要，它们使得动物和机器能够以复杂的方式移动，同时不会消耗过多的能量。

项目负责人Josie Hughes表示：“我们可以利用被动运动来实现机器人的广泛活动，如步行、游泳或飞行。智能机械设计使我们能够以最小的控制成本实现最大范围的运动。我们想要仅凭力学能完成多大的运动。”

由于近年来3D打印技术的进步，软组件已经集成到机器人设计中，使得研究人员能够增加这些被动系统的复杂性。人手是极其复杂的，在机器人中完全复制其灵活性和适应性是一项巨大的挑战。大多数高级机器人无法完成小孩子可以轻松完成的操作任务。

领导这项研究的Fumiya Iida博士指出：“这个项目的核心在于理解智能机械设计如何帮助我们智能地行动。我们的身体由骨骼、韧带和皮肤等智能机械设计组成，即使在没有主动的大脑控制的情况下，也能帮助我们行动。通过使用最先进的3D打印技术，我们现在能够物理设计的重要性，这对于人类钢琴演奏者来说是不可能的。”

钢琴演奏是对这些被动系统的完美测试，需要精细的操作技巧和大范围的动作。通过考虑机械、材料特性、环境和手腕驱动如何影响手的动态模型，机器人被“教会”演奏。手腕的驱动可以选择手与钢琴相互作用的方式，允许手展现出其独特的智能，并与环境进行交互。

尽管这个机械手存在局限性，研究人员表示，他们的方法将推动进一步研究骨骼动力学的基本原理，以实现更复杂的运动任务，并被动运动系统的局限性。Iida博士表示：“这种机械设计方法可以改变我们构建机器人的方式，制造方法使我们能够以高度可扩展的方式设计机械智能结构。”

我们可以领略到一种别样的风情。它像是一首优美的诗篇，娓娓道来，让人仿佛置身于一个梦幻般的世界。文章的内容充满了生活的色彩，让我们感受到了生活的美好与温暖。