約翰斯·霍普金斯研發新型仿生手：指尖帶觸覺，能穩捏裝水紙杯

拿捏一個裝滿水的薄塑膠杯有多難？對健康人來說只要兩根手指，但對裝了假肢的人來說，這幾乎是個死局：剛性機械手稍微用點力，杯子就捏爆了；軟體機械手倒是溫柔，卻根本使不上勁，更要命的是你壓根感覺不到自己手裡拿的是什麼。

約翰霍普金斯大學的研究團隊在《科學進展》（Science Advances）上發表了一項研究，造出了一隻被稱為「自然仿生假手」的機械手。它把硬質骨骼和軟體關節拼在了一起，還給指尖塞進了三層觸覺感測器。

剛柔並濟的「真骨骼」和三層仿生皮膚

這隻仿生手最核心的思路，是別在硬和軟之間二選一。

人的手本來就是骨頭連著軟組織。研究人員用 3D 列印做出硬質聚乳酸內骨骼，周圍包裹矽膠氣動關節，每個手指有三個獨立關節，讓手指能像真人一樣彎曲和受力。

但在指尖上，他們的做法更進一步。人體皮膚能分辨震動、壓力和拉伸，是因為有不同的機械感受器，團隊就在仿生手指尖裡疊了三層感測器：外層和中層是壓阻織物感測器，內層是壓電感測器。

這套系統通過類似人腦神經元脈衝的方式，把物理觸感編碼成神經訊號。在測試中，它分辨 26 種不同紋理表面的準確率達到了 98.38%，而純軟體手指只有 82.31%，純剛性手指只有 83.02%。

抓取 15 種日常物品時，從毛絨玩具、水果到餐具、水瓶，它的識別準確率達到了 99.69%。最直觀的演示是，它僅用三根手指就能穩穩端起一杯裝滿水的超薄塑膠杯，既沒捏癟，水也沒灑出一滴。

抓力變聰明了，但離日常戴出門還有距離

除了能摸出來，這套軟硬結合的架構在動力效率上也打了個翻身仗。

以往的純軟體機械手想要抓牢東西，得把氣壓打得極高。新設計只需要 7 psi 的氣壓就能產生 1.8 牛頓的抓力，相比之下，純軟體手需要 28 psi 才能產出 0.55 牛頓。相當於氣壓只要四分之一，抓力卻提高了三倍以上。

它同樣相容現有的肌電控制方式，截肢者可以通過小臂肌肉收縮發出的電訊號來指揮假手動作。

不過，它現在還只是個實驗室裡的原型機。1.8 牛頓的抓力雖然比軟體手強，但比起人類手指約 32 牛頓、傳統剛性假肢約 34 牛頓的極限握力，力道還太小，拎不起重物。

更現實的問題是，氣壓驅動目前還得拖著外接的氣泵和閥門，根本沒法塞進手腕裡隨身帶著。而且雖然神經編碼已經完成，但團隊還沒在截肢患者身上進行閉環神經電刺激測試。

為什麼重要

對假肢使用者來說，這隻手指明瞭一個完全不同的迭代方向。過去的假肢要麼追求外觀逼真，要麼做成冷冰冰的鋼鐵鐵鉗，使用者哪怕能抓住東西，也因為沒有感覺而時刻提心吊膽，生怕捏碎東西或者傷到家人。

我們認為，這項研究最聰明的地方在於它沒有死磕純軟體或純剛性的材料極端，而是還原了人手最本質的物理結構：靠硬骨骼承力，靠軟組織緩衝，靠多層感測器建立觸覺。這種多感測器融合的神經擬態編碼，讓假手自己就具備了邊緣感知能力，不再只依賴視覺反饋去猜物體是否在滑脫。

對通用具身機器人行業來說，這套設計同樣極具啟發。現在的機械臂在工業裝配或家庭服務中，最大的痛點就是處理脆弱物品時缺乏自適應手感，換上這套指尖感測與柔性關節，機器人擦玻璃、疊衣服或拿生雞蛋的成本可能會大幅降低。

不過它的隱患也很明確。氣動系統對於可穿戴裝置來說始終是個累贅，如何把氣泵微型化，或者將這套軟硬結合思路移植到微型電機傳動上，會是它能否真正走出實驗室的關鍵考驗。