Replicating Human Anatomy with Vision Controlled Jetting -- A Pneumatic Musculoskeletal Hand and Forearm

本文旨在实现受自然启发的复杂结构的功能复制和驱动，这是人类长期以来的目标。通过结合软硬特征，并使用人工肌肉来驱动这些复杂结构，可以进一步增进我们对自然运动结构的理解。我们通过单次打印过程打印出一只仿生手，包括刚性骨架、软性关节囊、肌腱和打印触摸传感器，并展示了它使用电动机的驱动。在这项工作中，我们通过添加一只前臂，该前臂也是紧密模拟人体解剖学而制成，并用22个独立控制的气动人工肌肉（PAM）替换了手部的电动机。我们的薄型高应变（高达30.1%）PAM与最先进的人工肌肉的性能相当，但成本更低。该系统展示了类人的灵活性，具有独立的手指运动，能够成功地抓取各种物体，从小巧轻便的硬币到重达272克的大罐头。基于指尖和抓握力以及手指关节运动范围的性能评估突显了该系统的潜力。

论文旨在实现仿生手臂的功能复制和驱动，以进一步理解自然运动结构。具体而言，通过添加前臂和使用气动人工肌肉来扩展之前的工作，实现人类手指的独立运动和抓取能力。

论文的关键思路是将刚性骨架、软组织、肌腱和印刷触摸传感器组合成一个单一的仿生手臂，并使用22个独立控制的气动人工肌肉来实现手指的独立运动和抓握能力。同时，研究团队还开发了一种成本更低、性能匹配现有最先进人工肌肉的高应变气动人工肌肉。

实验结果表明，该仿生手臂能够成功地抓取各种物体，从轻盈的硬币到重达272g的罐头。在指尖和抓握力以及手指关节活动范围等方面进行的性能评估，突显了该系统的潜力。此外，研究团队还提供了开源代码和设计文件，以便其他研究人员可以进一步研究和改进。

最近的相关研究包括使用人工肌肉实现复杂运动的仿生手臂、开发新型人工肌肉以提高性能和成本效益、以及使用3D打印技术制造仿生手部结构等。相关论文包括“Development of a Soft-Actuated Exoskeleton for Hand Rehabilitation Using Pneumatic Artificial Muscles”、“A Review of Artificial Muscles Based on Contractile Polymers”和“Design and Fabrication of a Soft Robotic Hand with Embedded Actuators and Sensors Using Additive Manufacturing”。