Ученые обратили внимание на тот факт, что современные протезы значительно уступают по функциональности реальной человеческой руке, поскольку содержат множество компромиссных технических решений. Например, суставы в них заменены петлями, тягами, гироскопами и т.д. Исследователи решили отказаться от подобных упрощений и в точности скопировать форму и механику реальной кисти.
На первом этапе разработчики отсканировали скелет кисти и напечатали точные копии костей при помощи 3D-принтера. В результате они получили суставы без фиксированных осей, например сустав между фалангой большого пальца и костями пясти, позволяющий приводить, отводить и противопоставлять палец. Затем ученые изготовили из высокопрочных полиэтиленовых струн искусственные связки и сухожилия.
Альтернативой мягких тканей кисти, принимающих участие в движении руки, стали детали, вырезанные лазером из резины. Из нее же изготовили каналы для сухожилий и разгибательные кожухи – сложные сетчатые многослойные структуры, которые покрывают пальцы, улучшая гибкость и плавность движений.
В роли мышц роботизированной кисти выступили 10 сервомоторов Dynamixel, соединенных с полиэтиленовыми струнами так же, как мышцы предплечья с сухожилиями, а для контроля движений ученые прикрепили к кончикам пальцев отражающие маркеры, координаты которых записывали при помощи системы из семи инфракрасных камер с VGA-разрешением.
Готовый механизм был соединен с системой датчиков, надевающейся на руку оператора. Как показали испытания, благодаря своему сходству с настоящей рукой роботизированная кисть с высокой точностью копирует движения руки оператора человека, как при силовых, так и при тонких манипуляциях.
В ближайшем будущем разработчики планируют усовершенствовать конструкцию манипулятора, чтобы сделать его пригодным для телеуправляемых задач, где необходима тонкость движений, соответствующая человеческой кисти. Также они намерены начать сотрудничество со специалистами в области тканевой инженерии, чтобы использовать манипулятор как механический каркас для выращивания искусственных конечностей.