想象一下，當(dāng)機(jī)器人拿起一個裝滿水的杯子時，它也能像人類一樣，根據(jù)重量和觸感微妙地調(diào)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(xué)家團(tuán)隊(duì)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。北京大學(xué)人工智能研究院、北京大學(xué)武漢人工智能研究院、北京通用人工智能研究院、北京大學(xué)工學(xué)院和倫敦瑪麗皇后大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)日前在《自然·機(jī)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(yùn)動能力的機(jī)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(dá)0.1毫米，相當(dāng)于每平方厘米密布約10000個觸覺點(diǎn)，遠(yuǎn)超當(dāng)前先進(jìn)的商用機(jī)器手僅指尖有單點(diǎn)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(yùn)動器官之一。人手奧秘?zé)o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(yùn)動功能缺一不可：前者感知力量、紋理、溫度；后者精確控制關(guān)節(jié)與肢體運(yùn)動。然而，如何將高分辨率觸覺與復(fù)雜運(yùn)動能力整合到機(jī)器手上，長久以來是機(jī)器人領(lǐng)域的巨大瓶頸。
“人類手部的靈活性和適應(yīng)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(diào)整抓握過程。”論文第一作者、北京大學(xué)博士生趙秭杭介紹，“但在機(jī)器人領(lǐng)域，如何在不影響運(yùn)動功能的前提下實(shí)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(xué)人工智能研究院助理教授、北京大學(xué)武漢人工智能研究院具身智能實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jīng)”，也是支撐的“骨骼結(jié)構(gòu)”。這種一體化設(shè)計，讓F-TAC Hand在保持靈活運(yùn)動的同時，首次實(shí)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(jī)器手，在復(fù)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(shí)時感知接觸變化并瞬間調(diào)整策略。“機(jī)器手關(guān)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(xué)博士生李宇飏解釋道。團(tuán)隊(duì)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(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)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(nèi)感知危機(jī)并閃電切換方案。在嚴(yán)苛的600次真實(shí)多物體抓取測試中，它面對執(zhí)行誤差和碰撞風(fēng)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(jī)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(guān)鍵保障。
“我們的研究不僅是技術(shù)突破，更為理解智能本質(zhì)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(jī)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(lǐng)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(yán)苛的輔助手術(shù)、高精密組裝、航空航天及應(yīng)急響應(yīng)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(jī)器智能的關(guān)鍵路徑。”這項(xiàng)由中國主導(dǎo)、在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)的突破，不僅推動機(jī)器人技術(shù)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(zhì)生產(chǎn)力注入強(qiáng)大動能。
想象一下，當(dāng)機(jī)器人拿起一個裝滿水的杯子時，它也能像人類一樣，根據(jù)重量和觸感微妙地調(diào)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(xué)家團(tuán)隊(duì)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。北京大學(xué)人工智能研究院、北京大學(xué)武漢人工智能研究院、北京通用人工智能研究院、北京大學(xué)工學(xué)院和倫敦瑪麗皇后大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)日前在《自然·機(jī)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(yùn)動能力的機(jī)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(dá)0.1毫米，相當(dāng)于每平方厘米密布約10000個觸覺點(diǎn)，遠(yuǎn)超當(dāng)前先進(jìn)的商用機(jī)器手僅指尖有單點(diǎn)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(yùn)動器官之一。人手奧秘?zé)o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(yùn)動功能缺一不可：前者感知力量、紋理、溫度；后者精確控制關(guān)節(jié)與肢體運(yùn)動。然而，如何將高分辨率觸覺與復(fù)雜運(yùn)動能力整合到機(jī)器手上，長久以來是機(jī)器人領(lǐng)域的巨大瓶頸。
“人類手部的靈活性和適應(yīng)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(diào)整抓握過程。”論文第一作者、北京大學(xué)博士生趙秭杭介紹，“但在機(jī)器人領(lǐng)域，如何在不影響運(yùn)動功能的前提下實(shí)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(xué)人工智能研究院助理教授、北京大學(xué)武漢人工智能研究院具身智能實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jīng)”，也是支撐的“骨骼結(jié)構(gòu)”。這種一體化設(shè)計，讓F-TAC Hand在保持靈活運(yùn)動的同時，首次實(shí)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(jī)器手，在復(fù)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(shí)時感知接觸變化并瞬間調(diào)整策略。“機(jī)器手關(guān)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(xué)博士生李宇飏解釋道。團(tuán)隊(duì)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(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)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(nèi)感知危機(jī)并閃電切換方案。在嚴(yán)苛的600次真實(shí)多物體抓取測試中，它面對執(zhí)行誤差和碰撞風(fēng)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(jī)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(guān)鍵保障。
“我們的研究不僅是技術(shù)突破，更為理解智能本質(zhì)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(jī)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(lǐng)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(yán)苛的輔助手術(shù)、高精密組裝、航空航天及應(yīng)急響應(yīng)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(jī)器智能的關(guān)鍵路徑。”這項(xiàng)由中國主導(dǎo)、在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)的突破，不僅推動機(jī)器人技術(shù)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(zhì)生產(chǎn)力注入強(qiáng)大動能。
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