【學(xué)以精工】與“幾根手指”的較量
——北理工機(jī)車學(xué)院“繞指靈狐”團(tuán)隊記事
發(fā)布日期：2015-04-02 供稿：機(jī)械學(xué)院 蘇江舟 攝影：機(jī)械學(xué)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(jì)大學(xué)盛大召開。作為這所全球財富五百強(qiáng)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(tuán)隊參加。
在這些斬獲本國或地區(qū)的機(jī)械,、建筑行業(yè)設(shè)計賽的總冠軍團(tuán)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(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院的“繞指靈狐（Finger Foxes）”,，這支團(tuán)隊?wèi){借其設(shè)計的巧妙的假肢手指項目,，以中國區(qū)機(jī)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(tuán)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(xué)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(jìn)行最后展示,，旨在考驗團(tuán)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(tuán)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(xué),、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(tuán)隊接受了上海當(dāng)?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(tuán)隊的同學(xué)們學(xué)習(xí)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(jìn)行自由建模的快速逆向工程與私人定制等諸多先進(jìn)設(shè)計理念,，這些先進(jìn)的設(shè)計手段與創(chuàng)意思路使團(tuán)隊成員獲益匪淺,。除此之外，他們還積極與日本東京大學(xué),、印尼穆罕默迪亞大學(xué),、俄羅斯布良斯克國立技術(shù)大學(xué),、新加坡科技設(shè)計大學(xué)等各國大學(xué)生們進(jìn)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(jī)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(tuán)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(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計大賽，系國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目,，由第一代負(fù)責(zé)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(dāng)時，團(tuán)隊在策劃項目時,，將目光聚焦于最具活力的生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域,，結(jié)合自己機(jī)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(xué)為大背景的機(jī)械設(shè)計項目,。
隨即，在機(jī)械與車輛學(xué)院科協(xié)的牽頭下,，王露萱和2012級機(jī)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(tuán)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(jī)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(xué)一舉拿下了2014年全國機(jī)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(jī)械設(shè)計項目,，并在賽后主動聯(lián)系了北理工團(tuán)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(tuán)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(jī)械設(shè)計行業(yè)的業(yè)界大會上進(jìn)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(xué)接替學(xué)長學(xué)姐,，成為了團(tuán)隊第二代負(fù)責(zé)人，帶領(lǐng)團(tuán)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(xùn)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(jī)構(gòu)代替輪繩機(jī)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(yùn)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(jī)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(jìn)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(yùn)動的單指假肢,，不必進(jìn)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(yùn)動結(jié)構(gòu)成型于手指外觀之內(nèi)，只要合理得排布機(jī)構(gòu)草圖,，即能在軟件中直接模擬出彎曲運(yùn)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(jī)構(gòu)草圖進(jìn)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(jìn)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(jī)，實現(xiàn)了一體打印可動裝配體的預(yù)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(jī)械加工出每個零件,，再進(jìn)行裝配,。為了實現(xiàn)這一高難度的精細(xì)加工，團(tuán)隊認(rèn)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(jìn)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(tuán)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(dá)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(yuǎn)大的目標(biāo)，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(jī)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(jìn)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(yuǎn)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(xué)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(jī)車學(xué)院給了同學(xué)們這樣自主發(fā)散思想,，實現(xiàn)夢想的環(huán)境，在機(jī)車學(xué)院,，學(xué)生創(chuàng)新活動向來在同學(xué)們之間普及度甚高,，既有代表性的三大車隊，又有機(jī)械賽,、數(shù)字化設(shè)計,、工程訓(xùn)練賽、先進(jìn)成圖賽等一系列不同風(fēng)格和等級的競賽活動,，還有創(chuàng)新中心,、大創(chuàng)基地、工程訓(xùn)練中心等大量科創(chuàng)活動場所,，更有學(xué)院團(tuán)委及學(xué)生科協(xié)的統(tǒng)一化管理,，越來越紅火的學(xué)生科創(chuàng)幫助更多的北理學(xué)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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