【學以精工】與“幾根手指”的較量
——北理工機車學院“繞指靈狐”團隊記事
發(fā)布日期：2015-04-02 供稿：機械學院 蘇江舟 攝影：機械學院
編輯：新聞中心 王征 閱讀次數(shù)：
2015年3月10日,，全球著名二維,、三維、傳媒娛樂軟件公司——歐特克（Autodesk）公司第五屆國際交流會（Panorama/Bootcamp）在中國上海同濟大學盛大召開,。作為這所全球財富五百強企業(yè)所創(chuàng)立的一項全球性的數(shù)字化設(shè)計盛會,，這是該項活動首次來到中國大陸，此前四屆分別在中國香港,、美國、馬來西亞和新加坡舉辦,。本屆活動云集了來自中國大陸,、中國臺灣、日本,、韓國,、俄羅斯、印度,、印度尼西亞,、馬來西亞,、菲律賓、新加坡,、土耳其,、烏克蘭等眾多國家和地區(qū)的眾多代表團隊參加。
在這些斬獲本國或地區(qū)的機械,、建筑行業(yè)設(shè)計賽的總冠軍團隊中,，有這樣一支隊伍，他們略帶武俠色彩的名稱,，極具創(chuàng)意的設(shè)計,，吸引了各方關(guān)注和業(yè)界好評。他們就是北京理工大學機械與車輛學院的“繞指靈狐（Finger Foxes）”,，這支團隊憑借其設(shè)計的巧妙的假肢手指項目,，以中國區(qū)機械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計賽總冠軍的身份受邀參加此次大會。
在世界舞臺展示北理“靈指”
Autodesk第五屆國際交流會為期3天,，包含Idol,、Hackathon、Interview,、Final Presentation等多個環(huán)節(jié),。在Idol這一“炫酷”環(huán)節(jié)中，要求來自各國的優(yōu)秀團隊展示其作品,，北理工繞指靈狐（Finger Foxes）所設(shè)計的假肢手指項目憑借其縝密的設(shè)計思路,、精致的實物和妙趣橫生的展示，令在場觀眾稱贊不已,，引來了各國老師學生的關(guān)注,。
在隨后的Hackathon、Interview,、Final Presentation等環(huán)節(jié)中,，北理工繞指靈狐（Finger Foxes）按照大會要求以“可穿戴設(shè)備”為題，使用Autodesk云端交互設(shè)計軟件“Fusion 360”在10個小時內(nèi)完成一個產(chǎn)品設(shè)計,，并通過現(xiàn)場問辯和進行最后展示,，旨在考驗團隊短時間內(nèi)的創(chuàng)造力和想象力。
面對挑戰(zhàn),，繞指靈狐（Finger Foxes）團隊圓滿完成任務(wù),。在次日的展示中，其設(shè)計的視覺與觸覺一體的,，依托云端大數(shù)據(jù)的教學,、動作捕捉手套眼鏡的穿戴設(shè)備套裝（Fox Costume）再次引起了全場稱贊。期間，Finger Foxes團隊接受了上海當?shù)囟嗉颐襟w采訪,，其設(shè)計受到了社會各界的廣泛關(guān)注,。
通過參加這樣一次世界級的科技盛會，北理工繞指靈狐（Finger Foxes）團隊的同學們學習了許多東西,，包括用戶端協(xié)同設(shè)計,、游戲化設(shè)計、依托二維照片進行自由建模的快速逆向工程與私人定制等諸多先進設(shè)計理念,，這些先進的設(shè)計手段與創(chuàng)意思路使團隊成員獲益匪淺,。除此之外，他們還積極與日本東京大學,、印尼穆罕默迪亞大學,、俄羅斯布良斯克國立技術(shù)大學、新加坡科技設(shè)計大學等各國大學生們進行了充分的交流,，既開拓了視野,，又結(jié)下了一份國際化的友誼，這是整個活動中最寶貴的東西,。
巧妙構(gòu)思的機械“靈指”
能在國際舞臺上展示北理工創(chuàng)造,，并不是一蹴而就的事情，繞指靈狐（Finger Foxes）團隊在此前已走過了一年多的心路歷程,。
“繞指靈狐”這一項目起源于2014年全國機械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計大賽,，系國家級大學生創(chuàng)新訓練計劃項目，由第一代負責人——2011級交通工程專業(yè)王露萱于2014年1月提出了這個想法,。當時,，團隊在策劃項目時，將目光聚焦于最具活力的生物醫(yī)學工程領(lǐng)域,，結(jié)合自己機械專業(yè)背景,，經(jīng)過調(diào)研論證加上幾分靈感，最終形成了這個人體工程學為大背景的機械設(shè)計項目,。
隨即,，在機械與車輛學院科協(xié)的牽頭下，王露萱和2012級機械工程專業(yè)的蘇江舟,、2011級裝甲車輛工程專業(yè)柯志芳組成了這支“繞指靈狐Finger Foxes”團隊,，并順利完成了第一代手指假肢的設(shè)計。
第一代手指假肢的設(shè)計基于一組繩輪傳動結(jié)構(gòu),，適用于失去任意手指但保留掌指關(guān)節(jié)的殘疾人,，通過撓性傳動等機械設(shè)計中的簡單原理，希望通過殘余斷指的單自由度驅(qū)動,，帶動全套假肢完成抓、握、捏等常用動作,，并能控制一定的抓握力度,。第一代作品提出了包括：指架、支架兩支撐分立,，單指設(shè)計多自由度,，使用3D打印制作等諸多全新概念。憑借這款設(shè)計和在現(xiàn)場設(shè)計環(huán)節(jié)的出色發(fā)揮,，他們一路披荊斬棘,，在2014年5月于湖北武漢華中科技大學一舉拿下了2014年全國機械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計中國區(qū)的總冠軍。
而正是通過這次大賽,，比賽贊助商歐特克（Autodesk）公司十分看好這個前景廣大,、簡潔巧妙的純機械設(shè)計項目，并在賽后主動聯(lián)系了北理工團隊,，表示愿意支持他們將設(shè)計做成實物,。在2014年11月歐特克（Autodesk）公司還特邀團隊參加了在北京國際會議中心舉辦的Autodesk中國區(qū)AU大師匯，幫助北理工繞指靈狐（Finger Foxes）在機械設(shè)計行業(yè)的業(yè)界大會上進行全面展示,。
在數(shù)字化設(shè)計大賽之后,，2012級的蘇江舟同學接替學長學姐，成為了團隊第二代負責人,，帶領(lǐng)團隊成員們,，接力創(chuàng)新，按照參加歐特克（Autodesk）公司第五屆國際交流會/訓練營的更高要求,，開展了第二代手指假肢的設(shè)計,。在設(shè)計中，他們使用連桿機構(gòu)代替輪繩機構(gòu),，帶動手指傳動,，實現(xiàn)了近指節(jié)搖擺時的三指節(jié)聯(lián)動，使得運動效果更佳穩(wěn)定可靠,。同時又更大膽地提出了“解放手指全部自由度”的概念,，依靠殘余斷指驅(qū)動方式，繼續(xù)將支撐結(jié)構(gòu)分為“支架”與“指架”,。“支架”作為整套手指的支撐,、“指架”作為單根手指的支撐，既可拆卸,，又能在同一根手指上設(shè)置多個自由度,，做到最大限度地與人體關(guān)節(jié)相似。在教務(wù)處支持下,，項目研究成果已經(jīng)申請國家發(fā)明專利,。
可3D打印的個性化機械“靈指”
繞指靈狐（Finger Foxes）項目,，在設(shè)計之初就考慮使用“3D打印”進行制造，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計均從“3D打印”的制造特點出發(fā),，實現(xiàn)加工的便捷化和產(chǎn)品的個性化,。首先，部件結(jié)構(gòu)設(shè)計一體化,，以便制作時能夠直接“3D打印”成完整可運動的單指假肢,，不必進行裝配。依托3D打印技術(shù),，Finger Foxes的設(shè)計省去了傳統(tǒng)連接件,，所有運動結(jié)構(gòu)成型于手指外觀之內(nèi)，只要合理得排布機構(gòu)草圖,，即能在軟件中直接模擬出彎曲運動情景,。另外，采取“3D打印”技術(shù),，可利用參數(shù)化模型控制,，對于不同手部大小的殘疾人，只需基于機構(gòu)草圖進行尺寸微調(diào),，就能夠?qū)崿F(xiàn)對用戶的“一對一”定制服務(wù),。“3D打印”還為外觀建模提供了極大的自由空間，用戶甚至能夠選擇自己喜歡外觀形狀與顏色,，由此,，假肢也許不再是殘疾人羞于展示部分，未來的假肢也可以很炫酷,。
繞指靈狐（Finger Foxes）項目在2014年暑期完成了二代設(shè)計后,，就使用“3D打印”技術(shù)進行了實物制作。手指主體部分使用SLA工業(yè)級光固化打印機,，實現(xiàn)了一體打印可動裝配體的預想效果,，只通過一次打印直接成形，且連接位置實現(xiàn)可轉(zhuǎn)動的裝配效果,，而不是像以往機械加工出每個零件,，再進行裝配。為了實現(xiàn)這一高難度的精細加工,，團隊認真研究制定了合理的裝配公差間隙,，并對打印材料的選擇進行了諸多實驗探索，才得到了最佳方案,。
在積極攻克“3D打印”的關(guān)鍵時期,，團隊成員都逐漸步入高年級面臨畢業(yè)，而項目又得到社會的廣泛關(guān)注,，甚至還有不少投資意向,。面對這些創(chuàng)新之外的因素,，大家最后達成一致，繼續(xù)深化提升項目,，不為眼前利益所動,，樹立更加遠大的目標，要將這個凝結(jié)心血的項目作為“3D打印”引領(lǐng)假肢也變革的第一步,。他們希望自己的成果能贈送給真正需要的殘疾人或慈善機構(gòu)，并通過公益組織共享傳承,，使之“北理工創(chuàng)造”不斷傳播,，實現(xiàn)初心——“我們希望制作一款真正實用又價格低廉的手指假肢，讓世人發(fā)現(xiàn)3D打印能夠為假肢業(yè)從設(shè)計到制作理念上所帶來的巨大變革,，從而加速這一革命進程,，為殘疾人盡早帶去福音。”
與幾根手指一年來的“切磋”,，給繞指靈狐（Finger Foxes）的成員們帶來的遠不止是一項科技創(chuàng)新,，一次國家級競賽、兩次國際級大會,，還有與大型企業(yè)的交流,、合作等等這些寶貴的經(jīng)歷，才是同學們成長中最有價值的收獲,。
課外創(chuàng)新活動雖然會占據(jù)大量的時間和精力,，也讓他們面對緊張的課業(yè)頭疼不已，但大家面對挑戰(zhàn),，勇往直前,，未曾后悔。他們很感謝機車學院給了同學們這樣自主發(fā)散思想,，實現(xiàn)夢想的環(huán)境,，在機車學院，學生創(chuàng)新活動向來在同學們之間普及度甚高,，既有代表性的三大車隊,，又有機械賽、數(shù)字化設(shè)計,、工程訓練賽,、先進成圖賽等一系列不同風格和等級的競賽活動，還有創(chuàng)新中心,、大創(chuàng)基地,、工程訓練中心等大量科創(chuàng)活動場所，更有學院團委及學生科協(xié)的統(tǒng)一化管理,，越來越紅火的學生科創(chuàng)幫助更多的北理學子走上國際舞臺展示“北理創(chuàng)造”,。
與幾根手指的“切磋”,，讓大家深深熱愛上了自己的專業(yè)，他們將帶著創(chuàng)新的激情,，在人生未來的挑戰(zhàn)上繼續(xù)勇往直前,！
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