如今越来越多的人们意识到 3D 打印技术能够为小批量产品的建模与打样带来前所未有的便利特性。但事实上 3D 打印技术还有自由度高，成本低等优势，能够为很多传统产业带来不一样的思考。一个来自英国团队通过 3D 打印技术做出了个可能会改变行业的产品。

作为世界上首家将 3D 打印技术与仿生学结合的公司，3 个 iPhone6 的价格，也许就能让失去手臂的人遛狗做饭了 主要生产由3D 打印技术制成的低成本智能人体义肢。

还有什么比通过技术改变生活更令人感到高兴的事情？

「在 Open Bionics 里工作是一件非常鼓舞人心的事情——我们可以交换最非凡的技术，改变他人的人生轨迹，还有什么比提供实惠，方便穿戴的假肢更能改变他们的人生呢？」

尽管被截肢的人士身体不算完整，但它体内的神经组织并没有因为失去了肉体而停止运转，一直处于「未呼唤」的状态，但依旧可以依靠神经控制「已经消失的肌肉」。

基于此原理，国外多家大学研究院都研究依靠「植入芯片」使机器与神经系统联通，从而更加自由控制机械臂的智能义肢。然而这种方法不仅因为成本问题而无法量产并且还存在着一定的排异反应。

如今越来越多的医学厂家都在开发智能义肢以代替原有的蠢笨假肢。可基本上都受制于高昂的成本和人体的排异反应而无法实现量产。

Open Bionics 是目前唯一一家成功研发并投入实用的采用外置传感器来控制义肢的公司，不同于其他公司采取的「皮下传感器联通神经」方案，他们采用『肌电原理』来操纵义肢。通常人体在控制肌肉收缩时皮肤表面会产生一定的电力变化，我们可以利用相关传感器和数模芯片来捕捉到信号并转化为数据。Open Bionics 便基于此种原理控制机械臂完成仿生操作。

要知道这款人体义肢的价格是原有的 N 分之一

Open Bionics 通过为患者进行个人定制服务为他们打造最符合自己的义肢。其制作义肢的原材料也使用的是医用级的材料，在保证其重量的同时也能够确保其受力形变程度和良好的延展性。当然，不要被这些「定制化」服务所吓到，Open Bionics  将价格定位于2000英镑（19000元左右），要知道，同等性能的假肢可需要上万英镑才能买到。

Open Bionics 为用户生产义肢之前，为了确保能够自如使用，Open Bionics 会先扫描用户的另外一个健肢，使其 3D 打印后的义肢体积与质量更类似原有的样子。

目前智能机械臂受制于肌肉传到和传动装置反应时间基本延迟为 3 秒左右，在视频里我们不难看出 Open Bionics 的仿生臂能够达到 1 秒左右的响应时间，手掌也能够实现不同程度的弯曲。

除了将其优势归功于高性能的处理芯片之外，其算法处理也是不容小觑，Open Bionics 通过仿生学控制和不同时域的电机分配技术能够实现良好的机械臂模拟。

但就目前而言，控制机械臂进行活动并不是一件难事，真正的难点在于捕捉肌电信号和模数信号的精度。

新科技在传统领域内的暗潮

Open Bionics 不仅研发生产低成本的智能义肢，还对其他医疗产品有所建树：通过与英国布里斯托大学合作，他们还开发出了的能够打印医疗夹板的 3D 打印机，这个夹板出了符合人体力学的医疗效果外，不到 2 磅的生产成本更是大大降低了使用门槛。

新的科技和想法越来越多地涌入了传统领域里，在完成产品迭代的同时也为 Open Bionics 这样的小型团队提供了广阔的机会，在上个月于深圳举办的 Maker Faire 大会上，我们也发现了一家做智能义肢的日本团队，虽然大家依旧都面临不同的难题，不过相信在不久之后，会有越来越多的类似 Open Bionics 这样的团队在不同领域中崭露头角。

机械臂是指高精度，多输入多输出、高度非线性、强的复杂系统。因其独特的操作灵活性, 已在工业装配, 安全防爆等领域得到广泛应用。机械臂是一个复杂系统, 存在着参数摄动、外界干扰及未建模动态等不确定性。因而机械臂的建模模型也存在着不确定性，对于不同的任务, 需要规划机械臂关节空间的运动轨迹，从而级联构成末端位姿。

1、1台6轴机械臂-基于的三自由度体感仿生机械臂（原理图+源码+论文）

1、这里只用到了MPU6050的加速度计，没有用到，为什么不用陀螺仪，是因为陀螺仪的温漂太大。然后数据不稳定。

而且没有外接任何模块，（当然也可以外接）。加速度计知道吧！！！就是测加速度的。使用加速度融合出来的角度比较稳定。

2、通信我们一般使用IIC，程序通过《MPU-6000 & MPU-6050产品说明书(中文版).pdf》里面的IIC时序编写，（大概在第8页，10.数字的10.3 通信协议）

3、在加速度得配置中有一个可以配置加速度的量程。我们设置为0，量程为+-2g,也就是该加速度计现在可以+-20m/s2。

是16位的，当为2g的时候是65535，-2g的时候是0。

4、然后就是将读取到的数字（其实就是转换，模拟信号转换成数字信号），得到具体的数据就可以分析了。

5、这里面如果将模块正常的平放在桌子上面，理想状态下Z轴会读取到大概49152左右的数，(也就是1g左右，重力加速度，当然是有误差的。)

6、然后就是怎么分析了，你要是还想了解一下加速度，就看一下《姿态解算说明（ni AH）.pdf》。

8、对了，还有一个数学公式

这个公式就可以将加速度换成角度

由两个发送端组成整个机械臂系统，发送端一图5.7在PCB上设计并集成了8核心板，MPU6050姿态，n201无线和一个控制机械臂爪子部分夹取功能的按钮。MPU6050姿态传感器输出的并不是角度或者加速度信号，mpu6050内部集成有处理单元DMP数字运动处理器，原始数据经过DMP融合（打包处理）得到四元数，四元数在经过以下的数学公式转换分别转换为x轴，y轴，z轴上的角度，接收端收到数据后，再将角度最终转换为弧度交由机械臂舵机去执行。

2、手机控制机械臂设计方案

本作品是一款由手势控制，并且能够实现快速示教再现的工业机器人，它能够实时跟随手势动作 。具有灵活性强、快速示教再现、可在远程无人工作区无线遥控执行动作。

工作原理是通过在手部穿戴手势控制端控制板，其板载主要包括陀螺仪模块、通讯模块和最小系统。PMU6050陀螺仪模块对手部角度的变化采集，经过单片机对数据进行分析、滤波、转换，然后通过NRF24L01无线模块，将处理好的数据发送给机械臂执行端。执行端根据接收到的数据，转换成脉冲信号发送给驱动，进而控制机械臂运动。

（1）、机器人具有极速动作规划并重复再现的特点，适应生产任务多变的工作场景。

（2）、手势操作的控制方法学习过程快，几乎不需要培训，节约的编程工人的工资成本，生产线升级速度极快。

（1）由手势控制，操作方便,灵活性强，稳定性好。

（2）可以远程遥控操作，改善工作状态,不必忍受工作现场恶劣的环境条件。

（3）编程方式简单，操无需接受专门培训，且产品更适应多变的工作任务要求、

（4）易于快速指定动作来重复执行。

3、手势识别控制的械手-智能性最强的机械手臂

机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作的自动操作装置。机械手臂有多种用途，不仅可以安装在机器人身上，也可以给残疾人用来当假肢。这个版本的机械手臂可以采用PC机进行控制，也可以使用手势识别算法来控制。5个手指和手腕均可活动，而且手指关节可以精准定位，进行各种微小角度的开合。该机械手对机精度要求较高，需要0.1mm精度，达不到此精度的话传动机构会出问题。

手臂硬件用的STM32单片机，代码和PCB都是我自己设计的，速度非常给力，无延迟无卡顿。使用并联臂3D打印机，ABS、PLA塑料进行3D打印。5个手指，每根都可以进行开合，请看视频，每根手指都可以精确运动到任意一个角度，手腕可以进行旋转。可以抓取球，笔，杯子，等物品。

1：机械手臂控制板的图和PCB文件

2：机械手臂调试教程、详细组装文档，零件清单，及注意事项

3：机械手臂手势识别上位机以及STM32硬件代码。

4：机械手臂控制每个手指精确开合的机械结构三维模型

4、机械臂开源(工程源文件)

我的可打印机械手受到了著名的工业机器人的启发，但是可以打印。

目标是开发一种开放源代码的机器人手臂，以供私人或小型企业使用，并使每个人都可以使用机器人开发。

手臂应举起约2公斤的重量，足以执行日常任务。当前，机器人手臂价格昂贵，体积小，强度低或笨拙。

工业机器人既昂贵又危险，因此不适合在家庭或学校使用。

每个人都可以构建，使用和开发一个开源可打印机器人。

机器人仍然很昂贵且难以操作，但事实不再如此。

残疾人可以使用便宜的3d打印机器人手臂来更好，更独立地管理其日常需求。在危险但不太发达的地方操作。

如果您忘记了钥匙，甚至可以遥控，甚至可以让我们用机器人打开门。

未来的将包括一个移动基地。

5、如何使用四个伺服器制作机械臂

该项目将向您展示如何使用四个伺服器制作机械臂。

· 旋转（通用）× 4

这个机器人手臂由4个伺服器组成：

· 第一个伺服进行水平扫描

· 其他伺服系统控制机械臂的喷嘴

· 他可以用四个电位器控制。
· 您还可以在Arduino IDE的串行监视器上查看伺服器的角度位置。

产业的发展离不开CMF（色彩、材料、工艺）

大自然就是设计师最好的灵感库，自然中的动物、植物以及肉眼不易察觉的微生物都值得我们去发掘和借鉴。也许现在还有很多人不太清楚仿生设计的概念，以为仿生设计就是一个对大自然事物外形的仿生。

其实不然，仿生设计是对大自然界中的“形态”、“色纹”、“声音”、“功能”、“结构”等为对象，有选择地在设计过程中应用这些特征原理进行的设计，在某种意义上，仿生设计学可以说是仿生学的延续和发展。

今天笔者分别以不同的案例来展示每一种仿生方式，希望大家看过后能够获得更多的设计灵感~

“形态”仿生是仿生设计种最为常见的一种仿生形式。

该插座的顶部灵感来源于鹿角形态，除了外形的模仿外，它的存在嗨为插座增加了可收纳放置的功能，方便手机充电时的拿取。

灵感来源于云朵的空调设计，这种更具然的形态设计会令人们的生活空间更舒适。

2020奥运会的火炬设计，外形灵感来源于日本国花樱花的花瓣。

该设计灵感来源于小鸟，是一款仿生文具盒设计。

该设计是站立式剪刀，外观形态与色彩模仿植物仙人掌。

这款桌面小风扇的底座灵感来源于可爱的动物，当风扇转起来，就像一只摇头晃脑的小宠物，非常拟人化可爱。

此款灯具造型模仿了雪山的外形。

设计师将鲸鱼独特的个性和形式融入椅子中，创造出具有强烈个性和视觉上有趣美感的家具。

该旅行背包设计外形的灵感来源于甲虫。

11. 概念潜水器设计

这是一架概念设计潜水。模仿了金鱼和蜻蜓的外形。

# “色彩、肌理”仿生

“色纹”指的是色彩和肌理的仿生，也是相对比较常见的一种仿生形式，常常用于产品的外表面颜色、外表的材质、工艺的设计上面。

这是一款由深泽直人设计的经典水果色彩纹理仿生设计。

这款设计也非常简单明了，模仿了大树的纹理与色彩，可以用来当座椅桌子还可以当一个灯具。

3. 仿生“蔬菜餐具”

4. 便携式羊毛加湿器

这灵感来源于仙人掌，色彩上选择仙人掌的绿色，同时以羊毛模拟仙人掌的毛刺纹理。

这些和树叶一样清新的碟子由硅砂材料做成，独特的柔韧性方便于灵活应用和运输。

以岩浆为灵感的烛台设计，模仿了岩浆独特的纹理与颜色。

人们通过对自然界中可发出的声音进行仿生。

1. 会唱歌的小鸟水壶

提到“声音”的仿生设计，这款小鸟水壶 9093 kettle（又称阿莱西水壶）可谓是经典中的经典，它是意大利厨卫品牌 Alessi 历史上最好卖的产品之一，也是后现代艺术的代表作。

该水壶的最大特色是壶嘴上停立着一只塑胶小鸟，水烧开时能发出欢快的鸟鸣声。

设计师重新设计了秘鲁传统的歌唱器皿，当你倒酒的时候，口哨壶会发出音乐的声音。

捕捉借鉴生物本身独有的功能，将这些功能进行提炼加工，扬长避短，满足人们更多的需求。

沐雾甲虫是生活在纳米比亚沙漠中的一种神奇的昆虫，它能在朝露的沙漠中收集小水珠，将其集中在一起然后吞入体内。

这个 Dew Bank Bottle 晨露收集器就是仿生了这种昆虫，它金属的外表能很好抓住露珠，汇成的水珠最后都收集到了容器里。

这个计算器的灵感来源于章鱼的触手，模仿它的吸吮功能。

3. “草垛子”文具收纳

草垛子隐藏的收纳功能被设计师完美的借鉴，不得不感叹于设计师的联想能力。

研究模仿鱼类的外形与功能，使其具备水下工作的可能性。

3D打印技术制造的Hero Arm，属于手臂的仿生设计。

它拥有正常手臂的功能，可以旋转180度以拾取物体，还可以举起重达8kg的物体。并拥有手持电话，打蛋或轻松操作割草机的灵活性。赋予残疾人更多的力量。

模仿自然界生物的结构构造，例如：人们通过对鸟翅膀的结构仿生，设计飞机的机翼，并且这些翅膀也能够伸展与闭合，这些都要有结构构造的设计来达到，鸟类翅膀上面的气流比翅膀下面快，从而产生升力，鸟儿才能高高飞起。

设计师研究蜥蜴、鱼和穿山甲的鳞片后，发现这些鳞片受到威胁时，可自由卷曲成球状，进行自我保护。由此为灵感，设计出这款灵活的支撑支架，可以有效防止受伤，戴上后也可避免产生二次伤害

模仿鱼骨的结构，提升座椅的舒适度。

它完美的模仿了鸟类的身体结构，使其具备飞行能力。可以遥控进行操作，由于其精致而复杂的形态保证了它长久的飞行。

该背包设计灵感来自于穿山甲，整体形态仿生穿山甲的形态结构元素。

设计师探索了单细胞微生物功能形式，并将其转化为Radiolaria＃1椅子的框架，Radiararia＃1是最独特的3D打印椅子，由100％可回收的聚合物粉末制成，不含一滴胶水。不仅具有柔韧性，而且所需的制造材料更少。

对于当下的产品领域，品牌的跨界与融合是大势所趋。手机、汽车、家电、家居，甚至是耳机、电子烟、包装、鞋服、重工等行业，原本不同领域、不同属性，看似不相连的行业，因为CMF设计正在发生着跨界与融合。2021年11月13日，以【跨界·融合】为主题的《2021国际CMF设计大会》将在深圳举办，现在报名有优惠，详情如下：

中国.深圳-博林天瑞喜来登酒店

主办机构：国际CMF设计大会组委会、深圳市工业设计协会

指导机构：世界绿色设计组织、光华设计基金会

承办机构：CMF设计军团、萨米设计研究、世界绿色设计组织CMF专委会、光华设计基金会CMF专项基金

大会地址：深圳-博林天瑞喜来登酒店（深圳市南山区留仙大道4088号）

① 素材来源于工业设计，作者 | 国民设计师老工，已获授权；

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