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◎ ETH做出“人工肌肉”灵巧手。

△ 撰文：董志洋

瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的研究团队，把一排电液软驱动器装进机器人前臂。驱动器收缩时，腱绳牵动手指弯曲；手指碰到物体后，系统还能通过驱动器的电流变化判断接触，并停止继续抓紧。

这项Peano-HASEL仿人肌骨灵巧手研究已被IROS 2026接收。在公布的视频演示中，手指碰到轻薄的纸球后停下，纸球没有变形；采用普通抓取方式时，手指继续闭合，纸球被压坏。

同一组软驱动器既带动手指，也为判断何时停止闭合提供信号。

把“肌肉”搬进前臂

仿人灵巧手需要在接近人手大小的空间里安排关节、传动和感知部件。ETH团队把驱动单元移到前臂，手部主要保留关节和腱绳，由前臂的软驱动器拉动手指。

这些驱动器名为Peano-HASEL，薄膜内部封装着硅油，表面布置电极，施加高电压后，液体重新分布，薄膜单元随之收缩，多个单元叠在一起，便能牵引腱绳。

演示视频从侧面呈现了这段传动过程：前臂中的驱动单元缩短，连接其上的腱绳被拉动，另一端的手指随之弯曲。它更接近前臂肌肉牵动手指的方式，而不是在每个手指关节里放一台电机。

单组驱动器的收缩幅度有限，团队在腱绳路径中加入约1:2的滑轮传动。驱动器收缩约6至8.5毫米，经传动后提供约12至17毫米的腱绳行程，让手指完成屈曲。

手部并非全部使用软材料，指骨和手掌有刚性骨架，外部覆盖柔软硅胶，关节采用滚动接触结构。四根手指各自的掌指关节可以独立控制，手指中段和末端关节联动；拇指有两个主动自由度，伸直动作借助弹性件复位。

驱动器不占用手指空间，但拉力必须经过滑轮、腱绳和关节，才能传到指尖。驱动器栈在收缩初段能提供约25牛的拉力，随着收缩加深，可用拉力逐渐减小。手指最终能弯曲多少、输出多大力量，还取决于整套传动结构。

手指碰到了东西，电流会变

手指接近物体时，驱动器持续牵动腱绳；碰到物体后，如果仍按原来的方式增加驱动电压，手指就可能继续挤压。

ETH团队没有为这套实验另装指尖接触传感器，而是读取Peano-HASEL驱动器运行时的电流。

Peano-HASEL在运动的同时，具有可变电容特性。电压升高使驱动器收缩，其形状和电容也随之改变，因此测得的电流包含充电与形变的信息。

当手指碰到物体，腱绳和驱动器的运动受到约束，电流轨迹便会偏离自由运动时的轨迹。研究团队在食指掌指关节对应的驱动器上监测这种变化，一旦电流降至设定阈值，控制器便停止继续升压，保持当时的驱动状态。

这套方法让驱动器在执行动作的同时，为接触判断提供反馈。

视频把两种抓取方式放在一起对照。开启接触感知后，手指碰到纸球便停止继续挤压；普通抓取则继续闭合，纸球在夹持中被压坏。论文记录的电流曲线也呈现了接触前后的变化：接触发生后，电流低于相应阈值，系统保持当时的电压。

要注意的是， 研究中的“无传感器”，指的是无需另装接触传感器，驱动器电流仍在持续测量。实验系统以1千赫兹采集数据，高层控制与阈值判断以10赫兹运行。

抓得住什么，能用多大力

除了纸球，研究团队还展示了几种抓法。食指与拇指捏起18克的蘑菇和49克的方块，三指抓住107克的毛绒玩具，多根手指则包络住一只26克的空PET瓶。

物体的形状、重量和接触面积不同，参与抓取的手指也随之变化。

论文还测量了手指的运动范围和输出力量。设计目标中的关节屈曲角度约为90度，真机测得的最大角度约30度；在5.5千伏测试条件下，食指指尖力约0.53牛，拇指约0.26牛。

这只原型手已经能以不同抓法处理轻物体，并在检测到接触后停止继续挤压。不过，关节活动范围和指尖力的实测结果，也显示出驱动与传动结构仍有改进空间。

研究团队分析了关节未达到目标角度的几项因素：驱动器在行程初段存在不易启动的区间，收缩增加后可用拉力下降，腱绳传动中的摩擦和机械间隙也会消耗一部分运动。

此外，柔顺性同样接受了测试。研究团队向不同方向弯曲、扭转前臂里的软驱动器；在手指运动时用网球冲击手部，手指受力形变后能够恢复。保持抓取电压不变时，人手还能将物体从机器人手中拉出。

ETH团队用一套软驱动系统完成了手指运动与接触判断，接下来要让手指弯得更深、抓得更有力，仍需改进驱动器的有效行程，以及拉力传到指尖时经过的滑轮、腱绳和关节。

Paper: https://arxiv.org/abs/2603.24357

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