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本報北京6月11日電（記者晉浩天）想象一下，當機器人拿起一個裝滿水的杯子時，它也能像人類一樣，根據重量和觸感微妙地調整手指的位置和力度——這種只在科幻電影中出現(xiàn)的場景，如今被中國科學家團隊變?yōu)楝F(xiàn)實。北京大學人工智能研究院、北京大學武漢人工智能研究院、北京通用人工智能研究院、北京大學工學院和倫敦瑪麗皇后大學聯(lián)合團隊日前在《自然·機器智能》發(fā)布最新科研成果——全球首款兼具全手高分辨率觸覺感知與完整運動能力的機器人仿生手F-TAC Hand。這只靈巧的手掌表面70%區(qū)域覆蓋著精密的觸覺“皮膚”，空間分辨率高達0.1毫米，相當于每平方厘米密布約10000個觸覺點，遠超當前先進的商用機器手僅指尖有單點力感的局限。
手是人體最靈活的器官之一，也是使用頻率最高的運動器官之一。人手奧秘無窮——27塊骨骼、34塊肌肉，支撐起24個自由度的靈活性。人類抓取物體時，觸覺反饋與運動功能缺一不可：前者感知力量、紋理、溫度；后者精確控制關節(jié)與肢體運動。然而，如何將高分辨率觸覺與復雜運動能力整合到機器手上，長久以來是機器人領域的巨大瓶頸。
“人類手部的靈活性和適應性很大程度上歸功于其密集的觸覺傳感能力，使我們能夠精確感知與調整抓握過程。”論文第一作者、北京大學博士生趙秭杭介紹，“但在機器人領域，如何在不影響運動功能的前提下實現(xiàn)全手觸覺覆蓋，始終是一個難題。”
論文通訊作者、北京大學人工智能研究院助理教授、北京大學武漢人工智能研究院具身智能實驗室主任朱毅鑫說，F(xiàn)-TAC Hand的靈感源于人類手部的生物智慧。它模擬人類皮膚布滿傳感器、大腦高效處理信息的機制，創(chuàng)新性地將17個高分辨率觸覺傳感器以6種不同配置集成于掌中。更巧妙的是，這些傳感器身兼雙職：既是敏銳的“感知神經”，也是支撐的“骨骼結構”。這種一體化設計，讓F-TAC Hand在保持靈活運動的同時，首次實現(xiàn)了前所未有的廣域觸覺覆蓋。
沒有豐富觸覺反饋的傳統(tǒng)機器手，在復雜多變的環(huán)境中往往捉襟見肘。F-TAC Hand的突破在于它像人類一樣，能實時感知接觸變化并瞬間調整策略。“機器手關節(jié)的高度靈活性本身是控制難題。”論文共同第一作者、北京大學博士生李宇飏解釋道。團隊為此開發(fā)了基于概率模型的智能算法，能生成極其接近人類多樣性的抓取策略，覆蓋19種常見抓握類型。
實驗證明，當最優(yōu)抓取策略遭遇意外（如物體碰撞），F(xiàn)-TAC Hand能在約100毫秒內感知危機并閃電切換方案。在嚴苛的600次真實多物體抓取測試中，它面對執(zhí)行誤差和碰撞風險，成功率從無觸覺系統(tǒng)的53.5%躍升至驚人的100%。這種基于觸覺的閉環(huán)反饋，為機器人在家庭、醫(yī)療、工業(yè)等不確定環(huán)境中的穩(wěn)定操作提供了關鍵保障。
“我們的研究不僅是技術突破，更為理解智能本質提供了全新視角。”朱毅鑫說，“人類智能深深植根于身體感知，尤其是手部觸覺。F-TAC Hand證明，豐富的感知對機器智能發(fā)展同樣不可或缺。”
專家表示，F(xiàn)-TAC Hand在需要“人手”參與的領域潛力無限。其在特定場景中展現(xiàn)出超越人類手部的穩(wěn)定性，尤其適用于對精度要求嚴苛的輔助手術、高精密組裝、航空航天及應急響應等場景。朱毅鑫展望未來：“大型語言模型等純計算AI在處理物理交互時仍面臨挑戰(zhàn)。研究表明，真正智能行為需要‘知行合一’。F-TAC Hand為‘具身智能’開辟了新路——融合高保真物理感知與智能控制，是通向更高級機器智能的關鍵路徑。”這項由中國主導、在國內實現(xiàn)的突破，不僅推動機器人技術落地醫(yī)療、工業(yè)及特種作業(yè)，更將為賦能千行百業(yè)、激活新質生產力注入強大動能。
