輕量化義肢手具以19個自由度匹配人類靈巧性

中國科學技術大學（USTC）成功研發輕量化義肢手

中國科學技術大學（USTC）的研究團隊最近研發出一款輕量化的義肢手，擁有19個自由度（DOF），能夠模仿人類手的功能。這項技術可以幫助數百萬名上肢截肢者進行功能康復和日常活動。這項研究發表在《自然通訊》（Nature Communications）上。

人類的手有23個自由度，雖然只佔身體重量的約1/150，但卻負責約54%的身體運動能力。然而，傳統的義肢手通常依賴馬達驅動的機制，因為功率密度低，常常面臨自由度和重量之間的平衡困難。因此，設計更有效的義肢手需要同時考慮高自由度的靈巧運動和使用者的舒適度。

為了解決這個挑戰，研究團隊使用了具有高功率重量比的形狀記憶合金（SMA）作為人工肌肉驅動器。他們採用了生物仿生的腱驅動傳動系統，這樣可以放大SMA的驅動力，同時減少傳動阻力。根據腱類分離傳動的特性，研究人員在手指和手腕中整合了23個感應器單元，以實現精確的關節控制。

此外，這款義肢手還包含了一個冷卻模組，配備38個SMA驅動器，實現19個主動自由度。得益於這種生物仿生設計和高整合度，這款義肢手的重量僅為0.37公斤，具有人類水平的靈巧性，能夠完成如梳頭髮、寫字、握手、交換名片和下棋等日常任務。

在功能方面，這款義肢手整合了語音識別技術，提供了一個簡單、易用且具成本效益的人機互動系統。它支持60種語言和20種方言，識別準確率達95%，反應時間以毫秒計算，非常適合廣泛應用於截肢者。

除此之外，這款義肢手還能操作剪刀、使用智能手機，並進行複雜的手語手勢。它能夠模仿33種傳統的人類手抓握動作，並增加六種更高級的抓握動作，提供廣泛的應用場景。

總結來說，這項研究在義肢領域代表了一次重大進步。這項新技術有潛力改變截肢者的生活，讓他們能夠更自由地移動，更輕鬆地完成日常任務，並重新獲得自信。此外，這款義肢手在工程應用方面也顯示出巨大的潛力，為人形機器人的靈巧性和高性能義肢手的研究提供了有效解決方案。