一般來說，機械手有兩(liang) 種普遍的設計流派。第一種是以完成某項工作為(wei) 導向的簡單明了的高效機械手，依靠兩(liang) 三根“手指”（所形成的鉗子）輕而易舉(ju) 的完成許多工作。第二種是完全按照人類雙手進行精確模擬——擁有一根拇指的其他四根手指的設計，基於(yu) 人類數百萬(wan) 年進化而成的雙手去設計機械手，因為(wei) 我們(men) 身邊所有的物體(ti) 都是根據我們(men) 的雙手去設計的，所以如果希望機器人能夠盡可能做到更多事情，最好是擁有一雙像真人一樣的手。

鑒於(yu) 真實人手內(nei) 在的複雜性，在設計擬人仿生手時不可避免的采取了許多折中方案，讓它們(men) 正常工作的同時還保持了人手的外形。來自西雅圖華盛頓大學的Zhe Xu和Emanuel Todorov開創性的開發了一款有史以來最精細且運動最準確的擬人仿生手，它的終極目標是完全取代人類雙手。

關(guan) 於(yu) 設計一種新的機械手對他們(men) 的重要性，Xu表示：

“擬人機械手設計的常規方法是，用類似鉸鏈、聯動裝置和平衡環等零件來實現生物部件的機械化，從(cong) 而將看似複雜的人體(ti) 參照物進行了簡化。這種方法對於(yu) 理解並模仿人手的運動原理有一定幫助，但不可避免的製造了一些人與(yu) 機械手之間的不良差異，因為(wei) 人手上大多數顯著的生物力學特征都在機械化的過程中被丟(diu) 棄了。這些機械手和人手生物力學在本質上的不匹配阻礙了我們(men) 使用自然的手部運動來直接控製它們(men) 。因此，還沒有任何一隻擬人機器人手可以達到人手的靈巧程度。”

Xu和Todorov決(jue) 定從(cong) 零開始他們(men) 的機械手項目，以盡可能精確的方式機械的複製人手。首先，他們(men) 通過激光掃描出了人手的骨骼，然後通過3D打印出匹配的人工骨骼，使他們(men) 能夠複製出我們(men) 人手所擁有的靈活的連接關(guan) 節。Xu解釋說：

“例如，我們(men) 對生拇指的運動依靠於(yu) 腕掌關(guan) 節（CMC）中梯形骨的複雜形狀。由於(yu) 梯形骨的不規則形狀，CMC關(guan) 節軸沒有固定的精準位置。所以說，目前所有的擬人機械手都是采用傳(chuan) 統的機械連接，這種連接方式固定的旋轉軸。因此，這些傳(chuan) 統的機械手都無法還原自然的拇指運動。我們(men) 通過掃描屍體(ti) 手骨架，3D打印了人工骨骼，並且該人工手指關(guan) 節的運動範圍、剛度、和動態行為(wei) 都非常接近人手。我們(men) 的機械手設計獨一無二的保留了重要的人手生物力學信息，達到了解剖級別。”

關(guan) 節韌帶（身體(ti) 用來固定關(guan) 節且控製它們(men) 活動範圍的部分）的材料使用了高強度的Spectra帶，並帶有激光切割的橡膠板來代替增加關(guan) 節依從(cong) 性的軟組織。伸肌和屈肌的肌腱（用來矯直和彎曲手指的部分）也由Spectra帶構成，同時用更多的激光切割橡膠板代替了腱鞘和伸肌腱帽，後者是通過包裹手指來使其應對靈活性和扭矩的複雜的蹼狀多層結構。UW（華盛頓大學縮寫(xie) ）手的最後一部分構成是肌肉，它是由一排10個(ge) Dynamixel伺服係統組成，它們(men) 的電纜布線也緊密的模仿了人手的腕隧道。

除去工藝絕倫(lun) 之外，我們(men) 還可以通過waldo遙控器去操縱UW手準確的模仿人手的各種抓拿動作。研究人員認為(wei) ，因為(wei) 他們(men) 的機器人動力學非常接近真實的人手，因此，用戶可以在沒有任何力反饋的情況下用手進行複雜的操作。用戶也可以在研究人員歸因於(yu) 與(yu) 人手運動學高度匹配的機械手上，在零力回饋的情況下用手進行複雜的操作。

真正的關(guan) 鍵在於(yu) ：擬人機械手完全按照模擬人手來設計，這意味著它可以模擬人手的動作，這主要取決(jue) 於(yu) 它的構造，而非一種電腦編程。在遙控操作方麵，它也有很多潛在優(you) 勢，因為(wei) 操作者可以更加無縫的利用自己雙手的靈活性。

更有趣的是，研究人員認為(wei) 他們(men) 所研究的機械手可以用來“為(wei) 肢體(ti) 再生的研究做3D支架”。Xu解釋說：

“對義(yi) 肢假手的控製主要依賴於(yu) 人的大腦。因此，如果義(yi) 肢的設計更加接近於(yu) 生物本體(ti) ，那同樣的神經義(yi) 肢技術就會(hui) 更加有效。生物相容性材料現在已經可以被打印成骨架，可生物降解的人造韌帶也可以被用來取代撕裂的前交叉韌帶，人類肌肉已經成功地在培養(yang) 皿內(nei) 被培育出來，而且外周神經在合適的條件下也可以再生。所有這些有前途的新技術都需要適合移植細胞生長的支架。我們(men) 將與(yu) 生物學和組織工程學的研究人員合作，進一步探索仿生機械手在神經義(yi) 肢和肢體(ti) 再生等新興(xing) 領域作為(wei) 生物製造設備/支架的潛力。”

華盛頓大學的Xu Zhe和Emanuel Todorov的“高仿生擬人機械手對假肢再生的設計”將於(yu) 五月份在斯德哥爾摩五月份的ICRA (IEEE International Conference on Robotics and Automation) 會(hui) 議上呈現。

Xu Zhe目前是耶魯大學GRAB實驗室的博士後。