家用人形機器人NEO長出「靈巧手」：手如何成為進入物理世界的API？

來源：1X Technologies

整理：Felix, PANews

7 月 10 日，人形機器人公司 1X Technologies 發布新一代 NEO 人形機器人肌腱驅動機械手，具備 25 個自由度（DOF），實現了接近人類水平的靈巧度、力量、安全性和可靠性。

本文基於 1X Technologies 官方介紹，帶你一覽這款機械手詳情。

機械手旨在打破人形機器人硬體能力的瓶頸，讓數據成為提升機器人性能的唯一障礙。通過在關鍵維度上達到甚至超越人手的性能，確保 AI 模型不再受限於靈巧性。NEO 機器人現在幾乎可以執行人類雙手能夠完成的任何任務，並具備現實環境所需的精準度、適應性和輕柔度。

人形機器人是一台以雙手作為 API 的計算機

模型、感知堆疊和腿部決定了機器接觸世界的程度。而雙手則決定了它能做什麼，它能感知到什麼，以及任何基於它進行開發的開發者能做什麼。帶有雙指夾爪的人形機器人只向開發者展示三個動作：抓取、放置、推動。任何人在該平台上編寫的每個應用程序都是這三個動作的組合。能力的天花板不在軟體裡，而是在手臂的末端。

通過指尖體驗世界

觀察一個人面對一個陌生的物體，你會發現，他們會按壓它來感受硬度，用指尖滑動來感知紋理，掂量它的重量，描摹它的輪廓來判斷形狀，擠壓和鬆開來感受它的彈性。觸覺並非像相機那樣被動地傳遞信息，它是一種實驗。手用力地提出問題，並通過提出問題的關節來接收答案。這就是人類理解物體的方式，也是人類最初學習操作的方式：從嬰兒時期開始，通過數百萬次的探索。

這意味著手並非固定在感知系統末端的執行器，它本身就是一個感知系統，一種工具。而它作為工具的質量是由整個系統共同決定。提出問題需要精確的力控制。讀取答案需要反向驅動和力的透明性，這樣反饋才能通過傳遞機制返回，而不是在傳動裝置中停滯不前。提出問題需要自由度和精確度。感受細微之處需要皮膚。快速捕捉答案需要帶寬。而數百萬次的探索則需要穩健性，因為探索即接觸，而接觸必然會造成磨損。

關節本身就是傳感器

大多數機器手都是只讀設備。你發出一個位置指令，手就移動到那裡，但不會返回任何有意義的信息。原因在於傳動裝置：在常見的 100:1 和 200:1 的齒輪比下，摩擦力會在接觸力到達電機之前就將其吸收殆盡。由於手的關節本身沒有感覺，因此設計者需要在其上安裝外部傳感器，並推斷指尖發生的情況，就像用攝像頭拍攝一隻沒有感覺的手一樣。

NEO 的雙手是可讀寫的。它由一流的工程團隊從零開始研發，通過 1X 肌腱驅動器以大約 5:1 到 15:1 的低齒輪比運行準直驅執行器。所有 25 個自由度（手指和手掌 22 個完全驅動的自由度，加上手腕 3 個自由度）都具有原生力控功能，並且可以完全反向驅動。按壓手指，它就會做出反應，並精確地報告你施加的力的大小。力向外流動，信息沿同一物理路徑向內流動。這種是力透明性，它能將推力轉化為測量值。

還有一種與之並行的更微妙機制：本體感覺。因為每個關節都是閉環的，所以即使不看，手也能始終感知自身的姿態，就像閉著眼睛也能讓指尖相觸一樣。姿勢加上用力，始終通過同樣的 25 個關節來實現。

25 種提問方式

25 個力感應自由度究竟能帶來什麼？並非為了關節本身，而是一系列抓握動作和提問方式。自由度的分配比數量更重要：NEO 的自由度分配方式與人體解剖結構一致，並偏向於真正能對抗的拇指。這種架構旨在實現機器人操作能力與實際製造、控制和維護之間的最佳平衡。

這些新型機械手在精細操作方面能夠達到甚至超越人類的水平。NEO 可以組裝樂高積木、從錢包中取出螺絲和硬幣、旋轉並安裝燈泡、使用螺絲刀、旋轉手中的物體、拉上外套拉鍊、按顏色分揀葡萄、從水壺中倒茶、接住軟球、插入 USB-C 充電器、拿起酒杯、用紙巾和噴霧擦拭表面、通過手語交流等，功能遠不止這些。

這雙擁有 25 個自由度的機械手具備 IP68 防水等級和食品安全標準，使 NEO 能夠像人類一樣自行洗手。拇指腕掌關節峰值扭矩可達 3.5 Nm，手指掌指關節峰值扭矩可達 2.6 Nm，遠端屈曲力高達 45 N。腕關節扭矩可達17.75 Nm。這使得機械手能夠進行全手抓握、工具使用、舉起和搬運、開門、推動裝載的推車以及在負重情況下進行精準捏合，同時保持完全的靈活性。憑藉 ±0.2 毫米的定位精度，它們能小範圍工作（並感知物體）。

最後半毫米

皮膚增加了信息通道。觸覺數據就是一張圖像。它具有動態範圍、分辨率、通道和視野。雙手在指尖和表面配備了豐富、高分辨率的觸覺傳感，可測量法向力、接觸位置和剪切力。這使得 NEO 能夠檢測物體何時開始滑動並實時做出反應。可視化數據顯示了接觸面的法線向量、握手時的壓力熱圖，以及在不造成任何損壞的前提下精細抓握脆弱的折紙。

皮膚的設計與內部傳感器和其後的肌腱協同完成。它是一種功能性材料，而非裝飾性材料。由於僅憑視覺不足以完成許多任務（尤其是在處理小型、透明、可變形或被遮擋的物體時），這種觸覺反饋對於自適應智能操作至關重要。

此外，這些機械手專為持續操作而設計，即使在數百萬次交互循環後也能保持性能。可靠性貫穿於每個子系統和組件的設計之中：肌腱走線、軸承、手指結構、電纜布線、觸覺集成、電子元件和組裝流程。組件和完整的手指組件已經歷了數百萬次的測試循環，驅動單元已在極端溫度下進行測試，腕關節在高負載下經過超過 200 萬次循環的可靠性驗證。

整隻手符合 IP68 標準進一步保障了安全性：極低的齒輪比，結合肌腱驅動和低遠端慣性，即使受到外部衝擊，也能安全地反向驅動手指。慢動作視頻顯示，當被拍打、錘擊、夾在關閉的抽屜裡或撞擊泡沫塑料時，這隻手都能做出反應。

背後的硬體

應用程序接口（API）的性能取決於其物理層。電機位於前臂，也就是人體大部分握力所在之處，通過手腕上的專用肌腱來驅動。這就是輕巧的手如何在保持足夠低溫的情況下產生如此強大的力量，從而實現持續運行。

機械手緊密集成了自主研發的電機、定制電子元件、嵌入式傳感器、專用肌腱系統、緊湊型傳動裝置以及手部專用固件。這種深度垂直整合實現了快速迭代和累積改進。每一台設備從肌腱材料和 1X 電機到最終的軟聚合物、皮膚和觸覺傳感組件，全部在內部完成。今年能夠生產 1 萬只機械手。

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