摘要：当大多数16岁少年还在为组装乐高模型欢呼时，英国布里斯托尔文法学校的贾里德·莱波拉（Jared K. Lepora）已经用乐高零件造出了能与专业研究级产品比肩的机械手。这款名为“Educational SoftHand-A”的仿生装置，仅依靠乐高MINDSTO
当大多数16岁少年还在为组装乐高模型欢呼时，英国布里斯托尔文法学校的贾里德·莱波拉（Jared K. Lepora）已经用乐高零件造出了能与专业研究级产品比肩的机械手。这款名为“Educational SoftHand-A”的仿生装置，仅依靠乐高MINDSTORMS套件中的标准零件和两个小型电机，就能实现接近人类手部的抓握精度，其抓握力达到专业3D打印机械手的90%，完成一次开合循环仅需1秒。更令人惊叹的是，整个设计可通过家用工具复刻，所有开源文件和组装指南均发布在项目官网，为青少年接触前沿机器人技术打开了一扇低成本大门。
乐高机械手的“巧思”：从科研原型到教育工具的跨越
这款乐高机械手的技术灵感源自全球顶尖的软机器人设计——比萨/意大利理工学院（Pisa/IIT）的SoftHand。后者依靠单一肌腱系统实现手指运动同步，是软机器人领域的里程碑成果。贾里德在父亲、布里斯托尔大学内森·莱波拉博士（Dr Nathan F. Lepora）的指导下，对这一技术进行了“教育化改造”：用乐高梁、杆、齿轮和100多个塑料轴承，替代了原设计中的3D打印部件和金属轴承，通过拮抗肌腱对（一组负责弯曲、一组负责伸展）控制手指运动，再由可编程积木实现整体操控。
其核心突破在于“软协同机制”的低成本实现。借助乐高离合器齿轮的特性，机械手的四根手指能自动适应物体形状——无论是抓取球体还是杯子，手指都会根据接触点实时调整姿态，这与人类手部抓取时的自然适配逻辑高度相似。在bench测试（台架测试）中，它成功完成了不同形状物体的稳定抓握，证明即便使用玩具级零件，也能实现科研级机械手的核心功能。
莱波拉博士在研究论文中强调：“我们希望证明，先进的机器人概念无需依赖昂贵设备。当学生亲手搭建这类系统时，才能真正理解自适应抓握的原理。”该研究已以CC BY 4.0协议开放获取，发布于arXiv平台，而随着乐高MINDSTORMS系列即将停产，这款机械手也成为该经典教育工具的“致敬之作”，彰显了低成本教育装备在培养未来工程师中的重要价值。
中国科研的“硬核”突破：F-TAC Hand实现触觉感知的“毫米级革命”
当乐高机械手以“低成本复刻”惊艳业界时，中国科研团队早已在机械手的触觉感知领域实现了“从0到1”的突破。2025年6月，北京大学朱毅鑫团队联合北京通用人工智能研究院、伦敦玛丽皇后大学等机构，在《自然·机器智能》（Nature Machine Intelligence）发表的F-TAC Hand（全手触觉嵌入式仿生手）成果，直接将机械手的触觉感知精度推向“人类级”水平，成为全球首个同时具备全手高分辨率触觉感知与完整运动能力的系统。
对比乐高机械手的“功能性实现”，F-TAC Hand的突破集中在两个核心维度：其一，触觉感知的“密度与广度”。它在手掌70%的表面区域覆盖了高分辨率触觉传感器，空间分辨率达到0.1毫米——相当于每平方厘米集成约10000个触觉像素，远超商用机械手仅在指尖设置单点力传感器的局限。用实验中的直观场景来说：当F-TAC Hand抓取钢笔时，后台系统能实时显示钢笔的接触位置、压力分布甚至表面纹理，这种感知精度已接近人类皮肤的触觉分辨能力。
其二，触觉与运动的“协同智能”。人类手部能灵活抓取，依赖于27块骨骼、34块肌肉构成的24个自由度运动系统，以及密集的触觉神经反馈。而传统机械手要么缺乏触觉感知，要么触觉传感器会限制运动灵活性。F-TAC Hand通过“传感器-结构一体化”设计解决了这一矛盾：17个高分辨率触觉传感器以6种不同配置集成，既作为感知元件，又承担结构支撑作用，确保在实现广域触觉覆盖的同时，不损失运动自由度。
更关键的是其智能控制算法。团队开发的基于概率模型的算法，能生成涵盖人类19种常见抓取类型的策略，甚至能完成“单手同时抓握瓶子与高尔夫球”这类高难度动作。在600次真实世界实验中，当面临物体碰撞、执行误差等意外情况时，F-TAC Hand能在100毫秒内通过触觉反馈切换策略，将抓取成功率从无触觉系统的53.5%提升至100%——这一闭环反馈能力，让机械手真正具备了在不确定环境中稳定工作的基础。
从实验室到生活：机械手技术如何影响普通人？
无论是乐高机械手的“教育普惠”，还是F-TAC Hand的“技术突破”，最终都将指向一个核心问题：这些先进技术与普通人的生活有何关联？
从短期来看，低成本机械手设计将重塑青少年科技教育模式。以往，接触机器人技术需要昂贵的套件和专业设备，而乐高机械手证明，利用家庭常见的教育级零件，就能搭建出具备科研逻辑的系统。未来，类似的开源项目可能进入中小学课堂，让学生在组装过程中理解机械结构、编程逻辑与生物运动原理，为STEM（科学、技术、工程、数学）教育提供更具象的载体。比如，学生可以通过调整乐高齿轮的传动比，观察机械手抓握力的变化，这种“动手即学习”的模式，将大幅降低前沿科技的认知门槛。
从长期来看，高分辨率触觉机械手的成熟，将彻底改变医疗、工业、家庭服务等领域的人机交互方式。在医疗场景中，F-TAC Hand级别的技术可用于辅助手术——医生通过远程操控机械手，能实时感知组织的硬度、纹理，避免手术器械对脆弱器官的损伤；在工业领域，它能胜任高精密电子元件的组装，比如在芯片制造中抓取微小零件，其超越人类的稳定性可大幅降低废品率；而在家庭场景中，具备触觉感知的服务机器人，能根据物体重量调整抓握力度，比如轻握鸡蛋不破碎、稳提重物不滑落，真正实现“类人化”的家务协助。
值得关注的是，中国科研团队的成果已展现出明确的落地潜力。F-TAC Hand的触觉传感器采用模块化设计，成本可控且易于量产，目前已在武汉东湖高新区国家智能社会治理实验综合基地完成初步应用测试。未来，随着技术迭代，这类机械手可能首先进入高端制造与医疗领域，再逐步向消费级市场渗透，最终成为改善人类生活质量的“新器官”。
行业影响：机械手技术开启“具身智能”新赛道
从行业视角看，这两类机械手的突破，分别代表了机器人领域的两个重要发展方向：普惠化教育与高端技术落地，二者共同推动“具身智能”（Embodied Intelligence）进入新的发展阶段。
对教育与创客行业而言，乐高机械手的开源模式提供了“低成本创新”的范本。以往，机器人教育市场被高价套件垄断，而开源设计能激发全球创客的二次开发——比如，有人可能为其增加视觉识别模块，让机械手通过摄像头自主定位物体；也有人可能优化肌腱结构，提升抓握的稳定性。这种“全民参与”的创新模式，将加速机器人技术的普及，为行业储备大量具备实践经验的人才。
对高端制造与机器人行业而言，F-TAC Hand的突破则打破了“触觉感知与运动能力不可兼得”的技术瓶颈。当前，全球服务机器人市场面临的核心痛点之一，就是难以在动态环境中实现稳定操作，而高分辨率触觉反馈正是解决这一问题的关键。中国团队的成果不仅在技术上实现领先，更在应用场景上与国内产业需求高度契合：在航空航天领域，机械手可用于卫星零件的精密装配；在应急响应领域，能代替人类进入危险环境抓取有害物质；在康复医疗领域，可作为假肢的核心部件，为残障人士提供接近自然的触觉反馈。
更重要的是，这一技术为“中国智造”在机器人领域的话语权奠定了基础。目前，全球机械手市场仍以欧美企业为主导，而F-TAC Hand在触觉感知精度、算法适应性等核心指标上的突破，意味着中国团队已掌握该领域的关键技术。随着后续产业化推进，国内企业可能在医疗机器人、工业自动化装备等细分领域形成竞争优势，推动机器人产业从“组装制造”向“核心技术创新”转型。
结语：科技的两种力量，共同指向未来
16岁少年的乐高机械手，代表了科技“普惠与启蒙”的力量——它证明复杂的技术原理可以通过简单的载体呈现，激发更多人对科学的兴趣；而中国科研团队的F-TAC Hand，则展现了科技“突破与引领”的力量——它在核心技术上实现跨越，为行业发展开辟新路径。这两种力量看似不同，却共同指向同一个未来：让机器人技术更贴近人类需求，既成为推动产业升级的核心动力，也成为改善生活质量的日常工具。
对普通人而言，未来不必再惊叹于科幻电影中的“机械手臂”，因为它们可能很快就会出现在医院的手术室、工厂的生产线，甚至家庭的客厅里；对行业而言，机械手技术的突破只是开始，随着触觉感知、运动控制、AI算法的深度融合，“能感知、会思考、可交互”的具身智能系统将成为新的竞争焦点。而中国在这一领域的超前布局，无疑将为全球机器人技术的发展贡献更多“中国方案”。
来源：智能学院