失去手指的机械工程师独立打造一只硬核机械手

本文 授权转载自公众号：量子位（ID：QbitAI）丨作者：鱼羊 萧箫

这只硬核机械手火了。

能稳稳抓握，也能伸张自如：

是不是有点金刚狼内味了？

更令网友们惊叹的是，这样一只机械手，是一位失去左手四指的机械工程师 Ian Davis 独立打造的。

这不禁让网友在直呼赛博朋克之余，想起了《钢之炼金术师》中的主角爱德华·艾尔利克——原作中为救自己的弟弟失去右臂，后女主替他制作机械假肢。

△ 爱德华·艾尔利克

事实上，Ian Davis制作机械臂的初衷，多少与爱德华的经历有点相似，这个机械臂，是他为自己失去四根手指的左手制作的假肢。

作为一名机械工程师，自失去手指后，他开始自行研发各种更易于操控的机械臂。

下图是Ian Davis制作的、旧版机械臂的抓握效果，非常惊人。

△ Ian Davis此前制作的一款机械臂，可以抓扁可乐罐

看起来如此酷炫的机械手，究竟是如何代替正常手指运转操控的呢？

一只手，从零打造硬核机械手

这只硬核机械手，是纯机械结构。

机械手指靠连杆和钢索带动。从演示视频中可以看出，目前能够实现的抓握和张开手指的操作，是依靠手掌和手腕的动作来实现的。

手腕内扣，手指收拢；反之，手指张开。

手腕横向运动，装有 万向节 的机械手指就能够伸展开。

另外，手指的状态是可以锁定的。在结构上，Davis采用了带有离合器轴承的链轮锁定装置。

可以看到，拉动链条，由于离合器承轴位于链轮内侧，手指就会被固定住。

整个机械手的控制，由Arduino来驱动，Davis还设置了专门的图形操作界面。

不错，系统可以连接wifi，并配备有蓝牙模块，这样就可以接入各种手工工具，比如磨床等。

而在设置模块中，无需连接电脑，使用者就可以对各种阈值进行调整。

如果某一天出汗较多，就可以调高电导率的阈值，使汗液不影响对机械臂的控制。

并且，这套设备中也配备了陀螺仪，因此调节以上设置的操作都可以通过手腕的动作来实现。

不过，Davis的机械手目前仍有许多需要改进的地方。比如四个手指只能同放同收，并不能单独活动。

因此，Davis在接下来的几周内，计划在机械手指关节处加装电子装置，控制离合器轴承的接合和脱离，这样他就可以单独锁定和解锁单根手指。

而所有的工作，都是在Davis失去左手四指之后，靠着仅有的完整右手一步一步从零打磨完成的。

网友感叹，无法想象这个机械臂制作的背后要花费多少时间和精力。

想象一下，这么酷炫的作品背后要花多少时间和精力，而且，机械臂发出的声音实在令人满意。

更多网友送上了自己的祝福：

这太酷了。我想说的是，我对于你失去的手指感到难过，但你真的做出了一个非常酷的手！

「如果设计能被延续」

在这般精密专业的机械臂背后，Ian Davis本人的生活并没有想象中耀眼。

命运总是开过分的玩笑。

两年前，Ian Davis得知自己患有 多发性骨髓瘤 ，一种由浆细胞引起的 癌症 ，这种病症会导致骨痛、骨质破坏与贫血，严重可致肾功能衰竭与瘫痪。

而就在不久后，一次工作事故致使他左手骨折。

医生给出的答复是，只能截指，否则难保生命。

但这对于一个机械工程师而言，无异于致命打击。

与此同时，保险公司也不留情面，他们告诉Ian Davis，除非连手掌都在事故中被截肢，否则不予支付安装假肢的费用。

挣扎了一段时间后，Ian Davis决心给自己做假肢，用他仅有的一只右手。

在制造出这次更精密的机械手臂之前，他也曾尝试过不同材料结构的机械臂，下图中左侧的机械臂就是他之前用旧的机械臂，这些机械臂的架构无一例外都很逼真。

△ 新旧机械臂对比

这次的机械臂是他在前几任机械臂的基础上进行改进的结果，不仅手指张开的效果有了非常大的提升，而且抓握的灵敏度更好。

自事故以来，Ian Davis坦言自己的世界正在变得越来越小：「大部分时间里，我都是在办公室修改和制造新的机械臂原型。」

曾有网友表示，这样的设计没能流行起来真是一种遗憾。

但目前来看，Ian Davis已经开始寻求更进一步的应用，希望能与一些高校的生物医学工程系进行合作，为其他截肢者提供一点帮助。

他认为，自己依旧是幸运者。

相比于他来说，还有更多经历与他相似的、在各种事故中失去手指和手臂的截肢者，这些人却无法像他一样，能为自己做机械臂。

「我觉得，最美好的事情，是我看见自己的设计能在身边的人身上得到延续。」

机械假肢相关研究

其实，用机械来弥补四肢残缺带来的不便，一直以来都是相关领域研究人员的愿景。

此前，一项来自英国帝国理工学院的研究表明，通过新型传感器和机器学习技术，机械假肢能够探测到使用者的脊髓运动神经元发出的电信号，用「意念」控制假肢。

这样一来，患者就可以通过假肢实现更精细、更复杂的操作。

不过，使用这套系统需要先进行外科手术，将与手和手臂运动有关的部分周围神经系统，重新导向健康的肌肉。

这项研究发表在了《自然·生物医学工程》上。

中科院深圳先进技术研究院，同样开展了此类研究。

研究员李光林及其团队研发的多功能仿生假肢，能通过肌电信号（EMG）解码识别出人的运动意图，使「意念」控制假肢运动成为可能。

并且，相比于同类型假肢20-25万元人民币的售价，这款采用3D打印技术的假肢预计售价在3-5万元人民币。

如果这样的前沿研究能够顺利完成临床试验，并推向市场，对于残障人士而言，无疑将给生活带来新的可能。

参考链接：

https://nerdist.com/article/intricate-mechanical-hand-prosthetic-is-cyberpunk-af/

https://gizmodo.com/amputee-builds-a-set-of-incredibly-articulate-prostheti-1844281443

https://www.youtube.com/channel/UCv1xxFkEiAdCVy6foEEUIvw

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