文章核心观点 - 中国地质大学（武汉）自动化学院机器人团队在机器人灵巧手领域取得突破性成果，研发出一种刚-柔-软复合结构的仿人手指，解决了传统机械手难以兼顾高负载与高安全性的技术瓶颈 [1] - 该仿人手指灵感源于人类手指的多层级结构，实现了高强度、高适应性与高安全性的统一，相关研究成果发表于《Nature Communications》 [1][4] - 实验验证该机械手指具备卓越的“刚柔并济”特性，既能无损抓取豆腐、薯片、蛋黄等脆弱物品，又能托起超过自身重量20倍的重物 [5][7][10][13] 技术原理与设计灵感 - 设计灵感直接来源于人类手指的刚（指骨）、柔（软骨与韧带）、软（肌肉与皮肤）三位一体结构，这种结构提供了支撑力、灵活弯曲和柔顺贴合的能力 [4][6] - 内部采用3D打印的轻质PLA管状骨骼作为主承力结构，保证刚度与稳定性 [4] - 关节部位嵌入定制双扭簧柔性元件，实现类似人手指90°向内弯曲并抵抗非自然形变 [4] - 外部包裹高弹性、高摩擦系数的硅胶皮肤，提升抓握可靠性，通过气动薄膜驱动器模拟人手屈肌动作进行控制 [4] 性能测试与实验结果 - 在重量维度上，两指机械手抓取范围从12.1克的小番茄到1125.2克的3D打印耗材，三指机械手从14.7克的生鸡蛋黄到1254.5克的卷心菜 [5] - 在尺寸维度上，两指机械手可抓取从0.1毫米厚的A4纸到25.0厘米长的3D打印棒，三指机械手可抓取从0.6厘米直径的铅笔到24.3厘米直径的气球 [5] - 五指仿人机械手可支撑总重5.275公斤的箱子，相当于自身体重（260克）的近20倍，承载能力/自重比达到2028.9% [7][8] - 针对脆弱物体的测试显示，两指机械手连续20次抓取豆腐，豆腐表面无显著压痕，质量损失仅0.06克 [10][12] - 多角度动态抓取实验中，机械手能从五个不同方向成功抓取薄脆薯片且保持其完整，未出现断裂或掉落 [13][16] 应用前景与未来展望 - 该技术为人形机器人手部结构提供了新思路，有望使其具备级别的精细操控力和任务通用性 [14] - 未来集成于人形机器人系统后，可自主完成端茶倒水、整理衣物、开关抽屉等复杂家居任务，并能安全协助老人或儿童 [14] - 随着材料优化与感知融合技术发展，未来可集成触觉反馈、温度感应与自适应学习能力，推动人形机器人交互能力进一步提升 [14]