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想象一(yi)(yi)下，當(dang)機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)拿起一(yi)(yi)個裝(zhuang)滿水(shui)的(de)(de)(de)杯子時(shi)，它也能像人(ren)(ren)類(lei)一(yi)(yi)樣，根據重(zhong)量和觸感微(wei)妙地調整手指(zhi)的(de)(de)(de)位置和力度(du)——這種(zhong)只在(zai)科(ke)幻電影中(zhong)出現(xian)的(de)(de)(de)場景，如今被中(zhong)國(guo)科(ke)學家(jia)團隊變為現(xian)實。北京(jing)大(da)學人(ren)(ren)工智(zhi)(zhi)能研究(jiu)(jiu)院、北京(jing)大(da)學武(wu)漢人(ren)(ren)工智(zhi)(zhi)能研究(jiu)(jiu)院、北京(jing)通用人(ren)(ren)工智(zhi)(zhi)能研究(jiu)(jiu)院、北京(jing)大(da)學工學院和倫敦瑪麗皇(huang)后(hou)大(da)學聯合團隊日(ri)前在(zai)《自(zi)然·機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)智(zhi)(zhi)能》發布新科(ke)研成果——全(quan)球(qiu)首兼具全(quan)手高(gao)分(fen)辨(bian)率觸覺(jue)感知與完整運動能力的(de)(de)(de)機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)仿生手F-TAC Hand。這只靈巧的(de)(de)(de)手掌表(biao)面70%區域覆蓋著精密的(de)(de)(de)觸覺(jue)“皮膚”，空間分(fen)辨(bian)率高(gao)達0.1毫米，相當(dang)于每(mei)平(ping)方厘(li)米密布約10000個觸覺(jue)點，遠超(chao)當(dang)前先(xian)進的(de)(de)(de)商用機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)手僅指(zhi)尖有(you)單點力感的(de)(de)(de)局限。

  手(shou)是人體(ti)靈活的器官之一(yi)，也(ye)是使用頻率高的運動器官之一(yi)。人手(shou)奧秘無(wu)窮(qiong)——27塊骨骼(ge)、34塊肌(ji)肉，支撐(cheng)起24個自(zi)由度的靈活性(xing)。人類抓取物體(ti)時，觸覺反(fan)饋與運動功能缺(que)一(yi)不可：前者感知力量、紋理、溫度；后者精確控制關節與肢體(ti)運動。然而(er)，如何將高分辨(bian)率觸覺與復雜運動能力整合(he)到(dao)機(ji)(ji)器手(shou)上(shang)，長久以來是機(ji)(ji)器人領域的巨(ju)大瓶頸(jing)。

  “人類手部(bu)的靈活(huo)性和(he)適應性很大(da)程度上歸功(gong)于其密集的觸覺傳(chuan)感(gan)能(neng)力，使我們能(neng)夠(gou)精確感(gan)知與(yu)調(diao)整抓握過(guo)程。”論文第一(yi)作者(zhe)、北(bei)京大(da)學博士生趙秭(zi)杭介紹，“但在機(ji)器人領域，如何在不(bu)影響運動功(gong)能(neng)的前提(ti)下實現全手觸覺覆(fu)蓋，始終是一(yi)個(ge)難題。”

  論文通訊(xun)作者、北(bei)京(jing)(jing)大(da)學人(ren)(ren)工智能研(yan)究院(yuan)助(zhu)理教授、北(bei)京(jing)(jing)大(da)學武漢人(ren)(ren)工智能研(yan)究院(yuan)具身(shen)智能實(shi)驗室主任朱毅鑫說，F-TAC Hand的(de)(de)靈感源(yuan)于人(ren)(ren)類手部的(de)(de)生(sheng)物智慧。它模(mo)擬人(ren)(ren)類皮膚(fu)布滿傳感器(qi)、大(da)腦高效處(chu)理信(xin)息的(de)(de)機制，創新性地將17個(ge)高分(fen)辨率觸(chu)覺傳感器(qi)以6種(zhong)不同配置集成(cheng)于掌中。更巧妙(miao)的(de)(de)是(shi)(shi)，這些傳感器(qi)身(shen)兼(jian)雙(shuang)職：既是(shi)(shi)敏(min)銳的(de)(de)“感知神經”，也是(shi)(shi)支(zhi)撐的(de)(de)“骨骼結構”。這種(zhong)一(yi)體化設計(ji)，讓F-TAC Hand在(zai)保持靈活(huo)運動的(de)(de)同時(shi)，首實(shi)現了(le)前所未有的(de)(de)廣域觸(chu)覺覆蓋(gai)。

  沒有豐富觸覺反(fan)饋的傳統(tong)機器手，在復雜多變的環境中往往捉襟見肘。F-TAC Hand的突破在于它像(xiang)人類一樣(yang)，能(neng)實(shi)時感知接觸變化并瞬間(jian)調整策略(lve)。“機器手關(guan)節的高度(du)靈(ling)活性(xing)本身(shen)是控制難題。”論文共同第一作(zuo)者(zhe)、北京大學博士(shi)生李(li)宇飏解釋(shi)道。團隊為此(ci)開發了基于概率模(mo)型(xing)的智能(neng)算(suan)法，能(neng)生成極其(qi)接近(jin)人類多樣(yang)性(xing)的抓取策略(lve)，覆蓋19種常(chang)見抓握類型(xing)。

  實驗證明，當優抓取策略遭遇意(yi)外(wai)（如物體碰(peng)撞），F-TAC Hand能在(zai)約100毫秒(miao)內感知危(wei)機(ji)并閃電切(qie)換方案。在(zai)嚴(yan)苛的600次真實多物體抓取測試中，它面對執(zhi)行誤差和碰(peng)撞風險，成功率從無觸覺(jue)系統的53.5%躍(yue)升至驚人。這(zhe)種(zhong)基于觸覺(jue)的閉環反饋，為機(ji)器人在(zai)家庭(ting)、醫療、工(gong)業等不(bu)確(que)定環境中的穩定操作(zuo)提供了關鍵保(bao)障。

  “我們(men)的研(yan)究不僅是技術突破，更為理解(jie)智(zhi)(zhi)能(neng)本質提(ti)供了全新(xin)視(shi)角。”朱毅鑫說(shuo)，“人(ren)類智(zhi)(zhi)能(neng)深深植根于身體感知，尤其是手部觸覺。F-TAC Hand證明，豐(feng)富的感知對機器(qi)智(zhi)(zhi)能(neng)發(fa)展同樣不可或缺。”

  專家(jia)表示，F-TAC Hand在需要“人手”參與的(de)(de)領域潛力無限。其在特定(ding)場景中(zhong)展(zhan)現出超(chao)越人類手部的(de)(de)穩定(ding)性，尤其適用于對精度(du)要求嚴苛的(de)(de)輔(fu)助手術、高精密組裝(zhuang)、航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)及(ji)應(ying)急響應(ying)等(deng)場景。朱毅(yi)鑫展(zhan)望(wang)未來：“大(da)型語言模(mo)型等(deng)純計算AI在處理(li)物理(li)交互時仍(reng)面臨挑戰(zhan)。研究表明(ming)，真正智(zhi)能行(xing)為需要‘知行(xing)合(he)一’。F-TAC Hand為‘具身智(zhi)能’開辟了新路——融合(he)高保真物理(li)感知與智(zhi)能控制，是(shi)通向更高機(ji)器智(zhi)能的(de)(de)關鍵路徑。”這項由中(zhong)國主導、在國內(nei)實現的(de)(de)突破，不(bu)僅推動(dong)機(ji)器人技術落地醫療、工業及(ji)特種作(zuo)業，更將為賦能千行(xing)百業、激活(huo)新質生產(chan)力注(zhu)入強大(da)動(dong)能。

本文由廣州佳譽(yu)醫療器械(xie)有(you)(you)限(xian)公司(si)(si)/佛山浩(hao)揚醫療器械(xie)有(you)(you)限(xian)公司(si)(si)聯合編(bian)輯