灵巧机械手的缔造者：智能金属丝

　　据报道，工程师们利用仿生设计方法，给人工智能手配上了由形状记忆金属丝制成的肌肉。这项新技术使机器手变得轻巧灵活，为工业应用及新型假肢装置的发展提供了方向。该肌肉纤维由多束超细镍钛合金丝构成，可以实现伸直和弯曲功能。并且，这种材料自身具有感知特性，使得人工手可以完成各种精细动作。

　　来自Stefan Seelecke教授研究团队的工程师Filomena Simone，，正致力于人工手雏形的开发。

　　萨尔州大学的工程师们利用仿生设计方法，给人工智能手配上了由形状记忆金属丝制成的肌肉。这项新技术使机器手变得轻巧灵活，为工业应用及新型假肢装置的发展提供了方向。该肌肉纤维由多束超细镍钛合金丝构成，可以实现收缩和弯曲功能。并且，这种材料自身具有感知特性，使得人工手可以完成各种精细动作。

　　在4月13日至4月17日世界最大的工业博览会——汉诺威博览会上，Stefan Seelecke教授领导的研究团队将展示他们的人工手原型，以及如何利用形状记忆制造出“金属肌肉”。

　　手是很完美的“工具”。经过数百万年的发展演变，手的进化已经趋于成熟。它极其灵活且适应性强，同时肌肉、韧带、肌腱、骨骼和神经之间的完美配合激发了长期以来人们研制这种灵活工具的欲望。萨尔州大学机电工程及自动化技术中心（ZeMA）的Stefan Seelecke教授领导的研究团队，正致力于研究一种基于镍钛合金形状记忆特性的新技术。工程师们超细金属丝（跟发丝一般粗细）制成了人工手的肌肉组织，该组织可自由收缩和舒张。

　　评价说，“与其他技术相比，形状记忆合金(SMA)金属丝具有更明显的优势”。迄今为止，那些用于工业生产线上的机械手臂大多依靠大量复杂的背景技术。这样一来，它们不得不依赖于诸如电动机、气动机等类似的装置和设备，如此，它们便会变得笨重、灵活性差、噪音大且造价昂贵。Seelecke解释说，“相比之下，用SMA金属丝制造出的机械手由于不需要其他设备的辅助，就显得十分轻巧、灵活、适用性强，且噪声小、造价相对低廉。同时，在已知的所有驱动装置中，这些金属丝具有最高的能量密度，可满足其在有限空间内的大幅度运动。” “形状记忆”指的是这种金属丝可以“记住”自身形状，并且在变形之后能恢复到原始形状。Seelecke说，“镍钛合金的这种性质是由材料内部相变引起的。当金属丝在导电或者其他情况下引起温度升高时，材料的晶格结构就会发生改变，这使其能够像肌肉一样收缩。”。

　　工程师们用“智能”金属丝充当机械手中的肌肉。他们将多股形状记忆金属丝连接到手指关节上，使其充当手指的前屈肌和后伸肌。为了实现快速运动，工程师们将多股超细金属丝合并成束来模仿人体肌肉纤维结构。这几束金属丝虽然看起来跟棉花线一样，但却具有粗丝那样的抗拉强度。正在研究机械手原型的在读博士工程师Filomena Simone介绍说，“当施以高压力时，这束金属丝能够迅速的收缩和舒张。这种奇妙的现象归功于大量单个的金属丝暴露出较大的表面积，散热快，可以快速冷却下来。不同于单股粗丝，一束超细金属丝可以承受快速的收缩和伸展过程，就像人体肌肉一样。这样，我们就可以实现快速流畅的手部动作。”

　　即使是在执行特定运动的过程中突然被人工干预，机械手也可以快速自然地作出反应，这是使用形状记忆金属丝的另一大优势。这就意味着人类可以真正地与这种原型装置携手合作。内置的半导体芯片可以控制SMA金属丝作出精确的运动，而且这种系统并不需要传感器协助。Seelecke解释说，“用这种材料制备的金属丝本身就具有传感特性。控制单元可以通过读取电阻测量数据分析出任一时间金属丝所处的确切位置。”这就可以确保手掌和手指高精度的运动。在今年的汉诺威工业博览会上，该研究小组将展示他们的机械手系统原型，并通过控制手掌和手指做出抓取、移动等动作来展示该项技术的巨大应用潜能。不仅如此，他们还将继续致力于改进机械手原型，并尽可能的使其模拟人手活动，这会涉及到手部运动模式的建模和对SMA金属丝传感特性的利用。

　　该研究团队将在萨尔兰研究与创新展2厅46B展位进行展示，目前正欲寻求合作发展伙伴。