锚点：会“记忆”的金属，为灵巧手赋予灵巧 | 袁岚峰

张世武：像这个手就是用形状记忆合金驱动的，我们用的形状记忆合金，就是类似于这种，你看我这样一烧。

袁岚峰：它就恢复了它那个弹簧的形状。

张世武：就是一加热它就收缩，就像肌肉一样。

袁岚峰：对。

张世武：所以我们就把这个，叫做一种人工肌肉。这是大概几克的一个弹簧，它可以拉这个100克的砝码，所以它的重量非常轻。

所以像这个就是基于它来做的这个手，这个手它的自由度有19个主动自由度。

袁岚峰：这就是你们现在最先进的。

张世武：对，手部重量220克，再加上这个重量，基本上跟（人类）手腕的重量差不多，所以非常轻，而且成本也很低，所以这个就适合做人形机器人的手，或者是做假肢手。

袁岚峰：对，确实是不到一斤重。

这个形状记忆合金的原理，到底是什么呢？

张世武：形状记忆合金，我们通常讲它是一种镍钛合金。它有一种形状记忆效应，这个形状记忆效应怎么来的？就比如说它在低温的时候是马氏体，在高温的时候它是奥氏体，那么在低温和高温，奥氏体和马氏体之间，在温度转变的情况下，它有一个相变，那么相变会导致它的晶格排列的变化，最终会导致它的形状变化。

那么我们通过温度的提升加热，它就会恢复到原来它所记忆的那个形状去。就是它可以来回地这种循环，这个循环我们正常来说可以达到百万次。

也就是它的驱动的寿命是非常高的，那么这个形状记忆效应，我们就可以用它来做类似于肌肉的驱动的功能，它的最大的优点就是功重比非常高，也就是说自重很轻，但是可以输出一个非常大的力。

那么在机器人里边你要做驱动，必须有往复，往复运动就是我们所谓的对拉。我这边有有个形状记忆合金丝，这边也有个形状记忆合金丝，这边两边拉，这导致它的一个往复运动。

还有一点就是在过去其实机器人界，很多用形状记忆合金做了各种各样的机器人，包括一些软体机器人，但是基本上来说都是用的是01控制，01控制的意思是什么呢，就是我们在相变前是一个状态，相变完全结束是一个状态，就是两个状态之间做切换。

中间过程很少去做控制，因为它涉及到一个做功，涉及到它的一个负载，负载会不停地变化，就是它的应力不停地变化，导致它的相变温度的范围不停地变化，那也会导致它的相变状态，也是不停地在切换，那么相变状态其实就导致了，它的这个马氏体的体积分数，就是马氏体现在，在整个这个晶格里边占多少，那么这也会导致它的一个变形，就是它的变形量有多大，所以它是一路联系在一起的，所以它相对比较困难，就是我们去精确控制它（相变）的中间过程。

所以我们主要是在这个上面去做了很长时间的探索，也做了把所谓的本构方程做简化，然后再做动力学模型，再做它的控制方程，现在可以做到一个非常精确、非常稳定的一个控制。

袁岚峰：那这应该是个非常普世的方法了，那应该是远不限于这个灵巧手，很多地方都可以用到了。

张世武：对，那我就是做人工肌肉，其实我们可以做手的控制，我们也可以做其它的，比如胳膊的控制、或者表情的控制，其实都可以做。

袁岚峰：所以实际上是相当于你们把形状记忆合金的可用范围是大大地扩大了。

张世武：对，实际上就是它的应用瓶颈的之一，我们实际上是把它解决了。

捏针、打字、拉拉链、刷手机、下围棋、用剪刀、用筷子、打乒乓球……你能想象，这是机械手干的吗？

全世界的上肢截肢患者数以千万计，这款仿生灵巧手有望给他们带来巨大的福音。这项研究的主持者，是我的老同学、中国科学技术大学工程科学学院副院长、人形机器人研究院副院长张世武教授。

他所在的系，是科大精密机械与精密仪器系。顾名思义，他们做很多精密的东西，例如液态金属人工肌肉、液态金属轮式机器人、救援机器人、康复机器人、仿生机器鱼，多次入选中国机器人年度十大科技进展等等。

精密和灵巧究竟来自何处？这些技术能给社会带来多大的变化？今天，我们就来访问张世武老师。

科学家对话科学家，《锚点》节目中国科学技术大学科技传播系副主任袁岚峰对话张世武教授，东方卫视8月20日周三22:00、新闻综合频道8月21日周四22:30播出。25分钟的全片可见于上海广播电视台“看看新闻”网站（https://www.kankanews.com/detail/xey0879m9yJ）、app以及视频号，本片为精彩片段之一：会“记忆”的金属，为灵巧手赋予灵巧。