光明网北京6月10日电（记者李政葳）近日，由北京大学人工智能研究院、北京大学武汉人工智能研究院、北京通用人工智能研究院、北京大学工学院和伦敦玛丽皇后大学联合组成的科研团队取得重大突破——“高分辨率触觉感知机器手实现类人适应性抓取”。该成果日前成功发表在国际顶级学术期刊《自然·机器智能》。

研究团队开发的基于全手触觉的机器人仿生手（简称F—TACHand），是全球首个同时具备全手高分辨率触觉感知和完整运动能力的机器人手系统。这是由我国科学家主导完成，展示了我国科研团队在机器人前沿技术领域的创新能力，对推动机器人技术的自主创新和国产化具有重要意义。

“如果在人手的皮肤上涂抹麻药，像吃饭、开门这样的日常操作都会变得异常困难。这些看似简单的日常行为，其实都离不开触觉的精准参与。”论文通讯作者、北京大学人工智能研究院助理教授朱毅鑫说，对于机器人或者装有“灵巧手”的人形机器人来说，触觉都是不可或缺的。

F-TACHand与人手比较

手部是人类改造自然与外界交互的核心器官，也是智能的核心体现。对人类手部功能的研究是具身智能与机器人学科研的前沿领域。人在拿取物体时涉及到“触觉反馈”与“运动功能”两大能力——触觉反馈包含运动觉（通过肌肉、肌腱和关节感知力量）与皮肤触觉（通过皮肤感知接触状态、纹理、温度、摩擦力等物理特性）；运动功能包括运动学（研究关节的角度、位置及其运动的几何关系）与动力学（研究力和扭矩应该如何作用于关节和肢体，从而实现精确的运动控制）。

在以往的研究中，触觉反馈与运动能力的整合，被认为是机器人研究领域中的关键挑战之一。首先，从硬件角度来看，如何避免触觉传感器的引入，对机器人的运动灵活性造成影响是第一个难题，同时当前的触觉传感技术在覆盖率、分辨率和耐久性等方面仍难以满足实际应用需求。其次，即便获得了具备高分辨率触觉感知能力的机械手，如何高效地处理大量的触觉数据，并以此驱动每个关节协同运动，使其在高自由度空间中像人一样完成复杂的任务，依然是一个亟待解决的难题。

此次科研成果是首次在保持完整运动能力的前提下，实现了机器人手掌表面70%区域的高分辨率触觉覆盖，使机器人能够像人类一样通过触觉反馈进行精确操作和适应性抓取。

在缺乏丰富的触觉反馈的情况下，目前主流的机器人手或抓取器难以应对动态环境中的复杂操作任务。论文第一作者、北京大学人工智能研究院博士生赵秭杭介绍：“人类手部的灵活性和适应性，很大程度上归功于其密集的触觉传感能力，这使我们能够精确感知与调整抓握过程。”

比如，人在抓取一个装满水的杯子与一个空杯子时，抓握杯子的位置、角度、方式可能完全不同。然而，在机器人领域，如何在不影响运动功能的前提下，实现全手触觉覆盖一直是一个难题。

本次F-TACHand成果解决了这一难题。高分辨率触觉传感器覆盖了该手部系统手掌表面70%的广大区域，空间分辨率达到0.1毫米，相当于每平方厘米约有10,000个触觉像素，远超目前商用机器人手的触觉感知能力。

F-TACHand的设计灵感来源于人类手部的生物结构，模拟将17个高分辨率触觉传感器以6种不同配置集成在一起，同时巧妙地将传感器设计为既是感知元件又是结构部件，从而在不牺牲灵活性的前提下实现了前所未有的触觉覆盖范围。赵秭杭介绍，这种创新设计使F-TACHand能够像人类手掌一样，在抓取过程中实时感知接触变化并迅速调整，提升了机器人在不确定环境中的操作稳定性。

论文共同第一作者、北京通用人工智能研究院博士生李宇飏说：“机器人手高度的关节灵活性会给控制算法带来极大挑战，我们通过开发一种生成人类多样化抓取策略的算法来解决这一问题。该算法基于概率模型，能够产生与人类非常相似的抓取方式，涵盖了人类常见的19种抓取类型。”

针对F-TACHand的适应性智能机制，李宇飏解释：“多物体同时抓取是评估机械手灵巧性的重要基准测试，比单一物体要复杂得多。抓取单一物品可以通过双指夹持的方式实现，但当用一只手抓取多个物体时，需要做精确的全手接触检测并调整运动策略才能实现精准、稳定抓取。”

朱毅鑫表示，我们的研究不仅是技术上的突破，更为理解智能的本质提供了全新视角。F-TACHand的成果表明，丰富的感知能力对于机器智能的发展同样不可或缺。

据了解，这项研究成果有望推动机器人技术在医疗、工业制造、特殊环境作业等领域的落地应用。朱毅鑫表示：“未来我们将继续深化触觉感知与机器人控制的结合，探索更加智能的体感交互范式，为实现真正意义上的通用人工智能奠定基础。”