無人機(jī)要進(jìn)化成“飛行手”了！

一個能在空中自主飛行、伸手抓取物品、開門、甚至在樹枝上棲息的機(jī)器人，剛剛登上國際頂級期刊《自然·通訊》《Nature Communications》。

近日，浙江大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一款手型仿生自主飛行機(jī)器人HI-ARM，首次將人手的靈巧抓取與無人機(jī)的敏捷飛行深度融合，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的空中操作自由。從抓水瓶、捏紙巾，到開門、棲樹、跨河送物，這臺僅成人手掌大小的機(jī)器人展示出前所未有的空中操控潛力。

01.

不是無人機(jī)+機(jī)械臂，而是“飛行手”本手

以往空中操作機(jī)器人，大多是在無人機(jī)下方掛載機(jī)械臂，結(jié)果往往是笨重、耗電、操作耦合嚴(yán)重，一抓東西整機(jī)就晃，精細(xì)活根本干不了。

浙大團(tuán)隊(duì)這次走了條“基因級創(chuàng)新”的路子：直接模仿人手結(jié)構(gòu)，將人手的靈巧抓取能力與飛行器的敏捷運(yùn)動能力相融合，打造了HI-ARM。它就像一個“長了旋翼的手掌”，將飛行與抓取功能進(jìn)行了深度整合。

它擁有“手掌”區(qū)域，具備“指尖”結(jié)構(gòu)，并采用腱繩驅(qū)動機(jī)制（仿人手肌腱）驅(qū)動所有變形關(guān)節(jié)。整體僅手掌大小，重量輕，卻具備5自由度變形能力，能適應(yīng)不同形狀物體。

更絕的是，它還是一臺四旋翼飛行器，繼承了無人機(jī)敏捷飛行的基因，能在飛行中隨時變形抓取，實(shí)現(xiàn)邊飛邊操作。

02.

有“手”還得有“腦”，自主框架讓機(jī)器人自己思考

光有靈巧的“手“不夠，HI-ARM還搭載了一套分層自主框架，包含任務(wù)規(guī)劃、軌跡生成、狀態(tài)估計與自適應(yīng)控制。

它支持兩種模式：

• 全自主模式：機(jī)器人根據(jù)任務(wù)類型，從動作庫中自主組合動作序列，完成抓取、開門、棲息等任務(wù)；
• 人機(jī)協(xié)作模式：根據(jù)操作者意圖生成指令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙操作。

為了解決飛行中抓取帶來的模型擾動，比如重心變化、外力干擾，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了多級自適應(yīng)控制器，能實(shí)時估計并補(bǔ)償外力外扭矩，讓機(jī)器人在抓取、推門等互動任務(wù)中依然保持穩(wěn)定。

03.

實(shí)測現(xiàn)場：從抓水瓶到跨河送貨

• 多模式抓取

HI-ARM的能耐，在一系列精心設(shè)計的實(shí)驗(yàn)中得到了充分驗(yàn)證，其應(yīng)用場景橫跨室內(nèi)服務(wù)與野外作業(yè)：

可以自主抓取153g水瓶并運(yùn)輸，最大速度1.1m/s；能精準(zhǔn)抓取單張薄紙巾，控制誤差＜3cm；面對不規(guī)則形狀物體（如字母積木），自動變形貼合抓握。

• 開門與棲息

可以自主飛向門把手，抓握并推開房門；能仿鳥類棲息，飛向樹干并抓握停靠，電機(jī)停轉(zhuǎn)、僅靠摩擦力懸掛，能耗降至懸停的1%以下。

• 連續(xù)人機(jī)交互

在模擬家居場景中，連續(xù)完成“取快遞→遞水→收零食→扔垃圾→回衣架棲息”一系列任務(wù)，全程無需人工干預(yù)。

• 野外生存專家

在竹林、電線桿等多種場景成功棲息；可以變形縮窄機(jī)身，穿越狹窄洞穴；還能跨河送貨：抓取水杯，飛越河流并送達(dá)對岸。

• 人類的“第三只飛行手”

HI-ARM還可作為遠(yuǎn)程操作終端，幫助行動不便者或普通人在復(fù)雜環(huán)境中取物。

實(shí)驗(yàn)中，行動不便者通過第一視角眼鏡遙控HI-ARM，從二樓飛至地面取回咖啡杯，軌跡總長46.2米，穩(wěn)定完成；還可以模擬羽毛球卡樹場景，遠(yuǎn)程操控機(jī)器人飛至樹梢，指尖捏取羽毛球并返回。

04.

未來已來：從“飛行眼”到“飛行手”的時代跨越

目前HI-ARM仍需依賴外部定位系統(tǒng)，未來團(tuán)隊(duì)計劃融合力反饋，實(shí)現(xiàn)抓握雞蛋等脆弱物體；引入多模態(tài)基礎(chǔ)模型，提升環(huán)境認(rèn)知與任務(wù)理解能力；發(fā)展HI-ARM集群系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多機(jī)協(xié)同搬運(yùn)等復(fù)雜任務(wù)。

空中機(jī)器人正從被動觀察走向主動操作，未來在物流配送、家庭服務(wù)、野外救援、遠(yuǎn)程協(xié)作等領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力。

也許不久后，你會看到一雙“飛行手”幫你開門、遞水、送快遞，而它，可能正靜靜棲息在你家的窗簾桿上。

論文鏈接：http://www.nature.sh.sjuku.top/articles/s41467-026-68967-3