设计完美的机械手有望启动价值5万亿美元的类人机器人市场

全球的机器人工程师们正努力攻克人工智能与机械工程领域的前沿难题：如何制造一只能像人手一样运作的机械手。目前，人形机器人虽然已经能实现行走、举物和平衡，但缺乏灵巧且富有感知的手部，依然是其大规模应用于工厂和各类工作场所的主要障碍之一。

研究人员表示，目标不仅仅是让机器人外形更像人，而是要让其具备完成精细、复杂动作的能力，这也是大多数熟练劳动所必需的。以特斯拉的人形机器人Optimus为代表，其正直接挑战这一难题。据摩根士丹利估算，若能突破这一关口，到2050年全球人形机器人市场价值或将高达5万亿美元。

埃隆·马斯克在接受《华尔街日报》采访时表示：“要让机器人真正有用，就必须拥有令人惊叹的‘手’。”

虽然Optimus已能实现双足行走，但马斯克也曾表示，设计出类人手的难度远高于步行本身。

美国西北大学机器人与生物系统中心的研究团队，正通过联邦资助项目，设计高度灵敏且灵活的机器人手。团队负责人Kevin Lynch指出，他们制定了十年目标，即让机械手具备完成基本人类任务的灵活性。

以Lynch实验室中的原型为例，该手基于英国Shadow Robot公司的模型设计。数个如咖啡罐大小的圆柱电机驱动机械手指，指尖装配的传感器可感知类似“皮肤”下液体电学性质的变化。当手指接触物体时，传感器实时将这些变化转化为类似“触觉”的数据。

研究生们通过为机器人安排简单环节——如套圈、拿方块、引导小物体——不断训练手部的协调，所采集的数据则用于提升机器学习算法表现。Lynch表示，要想完成诸如“用铅笔写字”这类精细动作，未来版本还需在指腹和手掌等部位加入更多传感器。

此外，也有研究团队正突破“类人形态”桎梏。哥伦比亚大学机械工程教授Matei Ciocarlie开发的四指机械手，只靠触觉就能判断物体形状和材质，弥补了视觉不足。这只手能托举易碎物品，如纸筒，但也会偶尔出现滑落或掉落。

波士顿动力公司则采用了不同路线。其实验性人形机器人Atlas所配手部有三根手指，可灵活变换为“拇指式抓握”或类似“桨状的手掌”。其发布的视频显示，Atlas能举起汽车配件、平衡哑铃、把握小型物品。项目负责人Alberto Rodriguez称，这一设计始终在力量、灵巧、纤细和耐久性中寻找平衡点，“单凭设计出弱小、低效的夹持器是远远不够的。”

值得注意的是，并非所有工程师都追求“类人手”。来自旧金山的MicroFactory公司联合创始人兼首席执行官Igor Kulakov则更倾向于简化工业设计。他们的5000美元机器人采用双臂设计，一只手装配专用工具，另一只则用二指夹持物品。这一配置可完成诸如焊接电路板、拧螺丝、揭保护膜等关键制造环节，成本也远低于复杂人形机器人。

尽管取得一定进展，材料科学方面依然面临顽固挑战。Shadow Robot总监Rich Walker表示，现在的制造工艺尚难以复制人体自身具备的诸如自愈皮肤、自润滑关节等基本功能，为产品工程带来诸多障碍。

致力于模仿人手的动力，部分源于愈发严峻的制造业及护理业“用工荒”。西北大学机械工程教授Ed Colgate指出，提升机器人灵巧性，或将让中小企业也能用得起自动化工具，不再是大企业的专利。“它还可能催生出全新的就业机会。这也是我们做这项研究的动力。”