仿生手成机器人“卡脖子”难题

10 月 27 日消息，人类最复杂的生物机械 —— 手，至今仍是机器人领域最具挑战性的未解难题。如果工程师能够攻克这一难关，如今在实验室中逐渐成形的机器人，或许很快就会成为未来工厂车间里的寻常景象。

全球的机器人工程师正在迎战人工智能与机械工程领域中最艰巨的前沿课题之一：制造出功能接近人手的机械手。尽管人形机器人已能行走、负重和保持平衡，但缺乏灵巧且具备丰富感知能力的手部，仍然是其大规模应用于工厂及其他工作场所的主要障碍。

研究人员表示，目标并非仅仅让机器人看起来像人，而是要创造出能够执行精细、精准动作的机器，从而胜任绝大多数需要技能的劳动任务。特斯拉的人形机器人 Optimus 正是当前最受瞩目的攻关者之一。摩根士丹利估计，一旦突破这一技术瓶颈，到 2050 年有望撬动一个价值高达 5 万亿美元的全球市场。

“要想拥有一台真正实用的通用型机器人，你就必须拥有这样的手，”埃隆・马斯克（Elon Musk）在接受《华尔街日报》采访时指出，“你必须拥有一双不可思议的手。”

尽管 Optimus 目前已能双足行走，但马斯克坦言，设计出类人双手所面临的工程挑战远比实现双足行走复杂得多。

在美国西北大学机器人与生物系统中心（Center for Robotics and Biosystems），研究人员正通过一项联邦资助的项目，致力于开发高度敏感、柔韧灵活的机器人手。该项目联合团队负责人之一凯文・林奇（Kevin Lynch）表示，他们的目标是在十年内实现足以完成基本类人任务的灵巧操作能力。

要理解其中的复杂性，不妨看看林奇实验室中的原型机。该机器人手基于英国 Shadow Robot 公司设计的模型打造，其动力来自安装在咖啡罐大小圆筒内的紧凑型电机。指尖配备了触觉传感器，通过测量人工皮肤下液体电学特性的变化来感知接触。当手指触碰到物体时，这些传感器将物理变化转化为数据，模拟出真实的触觉反馈。

研究生研究人员通过简单的训练任务 —— 如堆叠圆环、抓取立方体或引导小型物体 —— 来教授机器人手部协调能力，并收集数据用于训练机器学习算法，使其性能随时间不断提升。林奇表示，未来的版本还需在手指侧面和手掌部位集成更多传感器，以实现诸如用铅笔写字等更精细的操作。

也有研究者开始质疑机器人手是否必须模仿人类形态。哥伦比亚大学机械工程教授马泰伊・乔卡利耶（Matei Ciocarlie）研发了一款四指机械手，仅凭触觉即可识别物体的形状与质地，从而弥补视觉系统的不足。这款手能够轻柔地托住脆弱物品（例如纸制圆筒），但仍会出现滑落或掉落的情况。

波士顿动力公司（Boston Dynamics）则为其实验性人形机器人 Atlas 采取了另一种路径。最新版 Atlas 的手部配备三个可重构手指，能够变形为类似拇指的抓握结构，或展开成宽大桨状的手掌。公司发布的视频显示，该机器人能够举起汽车零部件、平衡哑铃并抓取小型物体。

负责该项目机器人行为与 AI 战略的阿尔贝托・罗德里格斯（Alberto Rodriguez）表示，设计过程中必须持续在力量、灵活性、纤细度和耐用性之间寻求平衡。

“我们不能推出一个过于脆弱、性能低下的夹持器，毕竟这台机器人被设计用于搬运重物、快速移动，”他说。

并非所有工程师都认为类人手具有必要价值。总部位于旧金山的 MicroFactory 公司联合创始人兼首席执行官伊戈尔・库拉科夫（Igor Kulakov）更倾向于采用简单、工业化的解决方案。该公司售价 5000 美元的机器人配备两条机械臂：一条通常装配专用工具，另一条则使用两指夹钳固定零件。这种配置能够以远低于复杂人形机器人的成本，完成焊接电路板、拧螺丝、剥离保护膜等关键制造工序。

尽管已有进展，工程师们仍面临严峻的材料科学挑战。Shadow Robot 公司总监里奇・沃克（Rich Walker）指出，当前制造业尚难以复制诸如自愈皮肤或自润滑关节等基础生物特性，产品工程层面仍有重大障碍待克服。

推动人手仿生技术发展的背后，是更广泛的经济现实：制造业与护理行业正面临日益严重的人力短缺问题。领导该项研究联盟的西北大学机械工程教授艾德・科尔盖特（Ed Colgate）表示，提升机器人灵巧性或将使中小型企业在自动化工具的获取上，不再受制于大型企业所垄断的技术壁垒。

“它可能会催生全新的、有吸引力的工作岗位，”他说，“这正是我们投身于此的原因。”

（文/IT之家、图/天得智信网)