《Nature》研究人员3D打印出有骨骼、韧带和肌腱的机器人手

2023年11月20日，南极熊获悉，近日《Nature》杂志发布了一项最新的研究成果，瑞士和美国研究人员将3D打印与激光扫描和反馈机制相结合，成功打印出具有骨骼、韧带和肌腱的机器人手。

这只机械手高度模拟真人手，能够精确的控制抓握，这一技术为柔性机器人结构的生产开辟了全新可能性，未来也有望成为残疾人士的功能性义肢。

研究人员将一组肌腱连接到伺服电机上进行驱动。指尖装有就地打印传感器垫，通过流体信号线与压力传感器相连（图 b）。当手接触到物体且感应到的压力超过阈值时，伺服电机上的控制动作就会被触发。例如，当手掌传感器接触到物体时，会触发抓取动作（即所有手指弯曲）。当物体接触到手指的传感器垫时，压力的变化会通过信号线被检测到。一旦达到预定的压力阈值，手指运动就会在完全弯曲之前停止（图c）。还可以驱动手部的单个手指，例如，可对折的拇指可以触碰其他手指的指尖（图 d）。这种传感装置可让手自主抓取物体。使用一组物体对这只手的抓取能力进行了评估（图 e）。

据悉，研究人员采用的是一种名为 "视觉控制喷射 "的喷墨打印工艺，可以制造复杂的系统和机器人。通过这种方法，扫描系统可以捕捉三维打印几何图形，实现数字反馈回路，从而无需使用机械平整器。这种非接触式工艺能够使用连续固化的化学物质，从而打印出更多的材料系列和弹性模量。通过将打印材料与最先进的材料进行比较的标准化测试，可以看出材料性能的进步。

研究人员使用这种3D打印技术制造了各种复杂的高分辨率复合材料系统和机器人，除了上面的肌腱驱动的手，还有气动行走机械狗、模拟心脏的泵和超材料结构。他们的方法为制造高分辨率、功能性多材料系统提供了一种自动化、可扩展、高吞吐量的工艺。

研究人员表示，这项新技术可以比较容易地将柔软的、具有弹性和刚性的材料结合起来。接下来，他们将利用这项技术探索更多的可能性。

论文链接 https://www.nature.com/articles/s41586-023-06684-3