剑桥大学研究人员开发的机器人手由柔软和刚性材料通过3D打印制成，用于复制人类手中的所有骨骼和韧带——而不是肌肉或肌腱。尽管与人手相比，这限制了机器人手的运动范围，但研究人员发现，依靠手的机械设计，仍然可以实现惊人的大范围运动。

　　利用这种“被动”运动——手指不能独立运动——机器人可以模仿不同风格的钢琴演奏，而不改变手的材料或机械特性。《科学机器人》杂志报道的结果可以帮助设计出能够以最少的能量更自然地移动的机器人。

　　动物和机器的复杂运动源于大脑(或控制器)、环境和机械体之间的相互作用。系统的机械特性和设计对于智能功能非常重要，可以帮助动物和机器以复杂的方式移动，而不会消耗不必要的能量。

　　“我们可以利用被动来实现广泛的机器人运动:例如，行走，游泳或飞行，”剑桥工程系的乔西·休斯说，他是论文的第一作者。“智能机械设计使我们能够以最小的控制成本实现最大的运动范围:我们想看看机械师能获得多大的运动。”

　　在过去的几年中，由于3D打印技术的进步，软件组件被集成到机器人设计中，这使得研究人员能够增加这些被动系统的复杂性。

　　人类的手非常复杂，在机器人身上重现它们所有的灵活性和适应性是一个很大的研究挑战。现在的先进机器人，大部分都无法完成孩子可以轻松完成的操作任务。

　　“这个项目的基本动机是了解特定的信息，也就是我们机械体的信息，”领导这项研究的饭田文宫博士说。“我们的身体是由智能机械设计组成的，如骨骼、韧带和皮肤，即使没有大脑的主动控制，它们也可以帮助我们智能地行动。通过使用最先进的3D打印技术打印人类柔软的手，我们现在可以探索物理设计的重要性，并将其与主动控制隔离开来，这对于人类钢琴演奏者来说是不可能的。大脑不可能像我们的机器人一样被关掉。”

　　休斯说:“钢琴演奏是对这些被动系统的理想测试，因为这是一个复杂而微妙的挑战，需要很多行为来实现不同的演奏风格。”

　　通过考虑机械、材料属性、环境和手腕运动如何影响手的动态模型来教会机器人玩耍。通过驱动手腕，可以选择手和钢琴之间的交互方式，允许手的特定智能决定其与环境的交互。

　　研究人员对机器人进行了编程，通过手腕的运动播放短片(断奏)或流畅(连奏)的音符。“这在当时只是基础知识，但即使是这个单一的动作，我们仍然可以获得相当复杂和微妙的行为，”休斯说。

　　尽管机器人手存在局限性，但研究人员表示，他们的方法将进一步研究骨骼动力学的基本原理，实现复杂的运动任务，并学习被动运动系统的局限性。

　　“这种机械设计方法可以改变我们制造机器人的方式，”Iida说。“制造方法使我们能够以高度可扩展的方式设计机械智能结构。”

　　“我们可以扩展这项研究，以研究如何实现更复杂的操作任务:开发可以执行医疗程序或处理易碎物品的机器人，”休斯说。“这种方法还减少了控制手所需的机器学习量；通过开发一个内置智能的机械系统，让机器人更容易学会控制。