家用人形机器人NEO长出“灵巧手”：手如何成为进入物理世界的API？

来源：1X Technologies

整理：Felix, PANews

7 月 10 日，人形机器人公司 1X Technologies 发布新一代 NEO 人形机器人肌腱驱动机械手，具备 25 个自由度（DOF），实现了接近人类水平的灵巧度、力量、安全性和可靠性。

本文基于 1X Technologies 官方介绍，带你一览这款机械手详情。

机械手旨在打破人形机器人硬件能力的瓶颈，让数据成为提升机器人性能的唯一障碍。通过在关键维度上达到甚至超越人手的性能，确保 AI 模型不再受限于灵巧性。NEO 机器人现在几乎可以执行人类双手能够完成的任何任务，并具备现实环境所需的精准度、适应性和轻柔度。

人形机器人是一台以双手作为 API 的计算机

模型、感知栈和腿部决定了机器接触世界的程度。而双手则决定了它能做什么，它能感知到什么，以及任何基于它进行开发的开发者能做什么。一个带有双指夹爪的人形机器人只向开发者展示三个动作：抓取、放置、推动。任何人在该平台上编写的每个应用程序都是这三个动作的组合。能力的天花板不在软件里，而是在手臂的末端。

通过指尖体验世界

观察一个人面对一个陌生的物体，你会发现，他们会按压它来感受硬度，用指尖滑动来感知纹理，掂量它的重量，描摹它的轮廓来判断形状，挤压和松开来感受它的弹性。触觉并非像相机那样被动地传递信息，它是一种实验。手用力地提出问题，并通过提出问题的关节来接收答案。这就是人类理解物体的方式，也是人类最初学习操作的方式：从婴儿时期开始，通过数百万次的探索。

这意味着手并非固定在感知系统末端的执行器，它本身就是一个感知系统，一种工具。而它作为工具的质量是由整个系统共同决定。提出问题需要精确的力控制。读取答案需要反向驱动和力的透明性，这样反馈才能通过传递机制返回，而不是在传动装置中停滞不前。提出问题需要自由度和精确度。感受细微之处需要皮肤。快速捕捉答案需要带宽。而数百万次的探索则需要稳健性，因为探索即接触，而接触必然会造成磨损。

关节本身就是传感器

大多数机器人手都是只读设备。你发出一个位置指令，手就移动到那里，但不会返回任何有意义的信息。原因在于传动装置：在常见的 100:1 和 200:1 的齿轮比下，摩擦力会在接触力到达电机之前就将其吸收殆尽。由于手的关节本身没有感觉，因此设计者需要在其上安装外部传感器，并推断指尖发生的情况，就像用摄像头拍摄一只没有感觉的手一样。

NEO 的双手是可读写的。它由一流的工程团队从零开始研发，通过 1X 肌腱驱动器以大约 5:1 到 15:1 的低齿轮比运行准直驱执行器 。所有 25 个自由度（手指和手掌 22 个完全驱动的自由度，加上手腕 3 个自由度）都具有原生力控功能，并且可以完全反向驱动。按压手指，它就会做出反应，并精确地报告你施加的力的大小。力向外流动，信息沿同一物理路径向内流动。这种是力透明性，它能将推力转化为测量值。

还有一种与之并行的更微妙机制：本体感觉。因为每个关节都是闭环的，所以即使不看，手也能始终感知自身的姿态，就像闭着眼睛也能让指尖相触一样。姿势加上用力，始终通过同样的 25 个关节来实现。

25 种提问方式

25 个力感应自由度究竟能带来什么？并非为了关节本身，而是一系列抓握动作和提问方式。自由度的分配比数量更重要：NEO 的自由度分配方式与人体解剖结构一致，并偏向于真正能对抗的拇指。这种架构旨在实现机器人操作能力与实际制造、控制和维护之间的最佳平衡。

这些新型机械手在精细操作方面能够达到甚至超越人类的水平。NEO 可以组装乐高积木、从钱包中取出螺丝和硬币、旋转并安装灯泡、使用螺丝刀、旋转手中的物体、拉上外套拉链、按颜色分拣葡萄、从水壶中倒茶、接住软球、插入 USB-C 充电器、拿起酒杯、用纸巾和喷雾擦拭表面、通过手语交流等，功能远不止这些。

这双拥有 25 个自由度的机械手具备 IP68 防水等级和食品安全标准，使 NEO 能够像人类一样自行洗手。拇指腕掌关节峰值扭矩可达 3.5 Nm，手指掌指关节峰值扭矩可达 2.6 Nm，远端屈曲力高达 45 N。腕关节扭矩可达17.75 Nm。这使得机械手能够进行全手抓握、工具使用、举起和搬运、开门、推动装载的推车以及在负重情况下进行精准捏合，同时保持完全的灵活性。凭借 ±0.2 毫米的定位精度，它们能小范围工作（并感知物体）。

最后半毫米

皮肤增加了信息通道。触觉数据就是一张图像。它具有动态范围、分辨率、通道和视野。双手在指尖和表面配备了丰富、高分辨率的触觉传感，可测量法向力、接触位置和剪切力。这使得 NEO 能够检测物体何时开始滑动并实时做出反应。可视化数据显示了接触面的法线向量、握手时的压力热图，以及在不造成任何损坏的前提下精细抓握脆弱的折纸。

皮肤的设计与内部传感器和其后的肌腱协同完成。它是一种功能性材料，而非装饰性材料。由于仅凭视觉不足以完成许多任务（尤其是在处理小型、透明、可变形或被遮挡的物体时），这种触觉反馈对于自适应智能操作至关重要。

此外，这些机械手专为持续操作而设计，即使在数百万次交互循环后也能保持性能。可靠性贯穿于每个子系统和组件的设计之中：肌腱走线、轴承、手指结构、电缆布线、触觉集成、电子元件和组装流程。组件和完整的手指组件已经历了数百万次的测试循环，驱动单元已在极端温度下进行测试，腕关节在高负载下经过超过 200 万次循环的可靠性验证。

整只手符合 IP68 标准进一步保障了安全性：极低的齿轮比，结合肌腱驱动和低远端惯性，即使受到外部冲击，也能安全地反向驱动手指。慢动作视频显示，当被拍打、锤击、夹在关闭的抽屉里或撞击泡沫塑料时，这只手都能做出反应。

背后的硬件

应用程序接口（API）的性能取决于其物理层。电机位于前臂，也就是人体大部分握力所在之处，通过手腕上的专用肌腱来驱动。这就是轻巧的手如何在保持足够低温的情况下产生如此强大的力量，从而实现持续运行。

机械手紧密集成了自主研发的电机、定制电子元件、嵌入式传感器、专用肌腱系统、紧凑型传动装置以及手部专用固件。这种深度垂直整合实现了快速迭代和累积改进。每一台设备从肌腱材料和 1X 电机到最终的软聚合物、皮肤和触觉传感组件，全部在内部完成。今年能够生产 1 万只机械手。