一款革命性的手指關節裝置正悄然改變仿生手與機器人抓爪的設計邏輯——由弗勞恩霍夫卓越集群“可編程材料”（CPM）研發的“ProFi”（可編程多穩態手指）系統，通過單一可編程超材料實現了傳統機械結構的顛覆性替代。該裝置無需電機或復雜傳動部件，僅憑材料自身的多穩態特性即可在四種穩定位態間切換，為假肢用戶提供了更輕便、更美觀且功能更強大的解決方案。

傳統被動式仿生手雖以價格低廉和外觀逼真著稱，但其依賴螺絲、鉸鏈和大量連接部件的設計導致成本居高不下，且維護復雜。ProFi系統的核心創新在于用一塊可編程超材料替代了整個機械結構，使手指能沿單軸靈活彎曲，并可在30度增量下鎖定四種不同位態，覆蓋抓握、放松和多種手勢需求。研究人員通過有限元模擬優化了材料內部的應力分布，確保關節在重復使用中保持剛性，僅在預設路徑上發生形變。

制造工藝的革新同樣引人注目。優化后的手指采用熔融沉積成型與選擇性激光燒結等3D打印技術，實現了一次性成型，無需組裝。這種“無組裝制造”不僅簡化了定制流程，更滿足了假肢用戶對舒適度和手部自然形態的嚴苛要求。例如，用戶可根據自身手部特征直接打印適配的關節，避免了傳統假肢因部件拼接導致的適配問題。

多穩態特性的實現依賴于材料內部的雙穩態單元晶格設計。每個晶格由彈性梁結構組成，可在兩種穩定狀態間快速切換，且無需持續外力維持。研究人員通過專為可編程材料開發的軟件工具ProgMatCode，對晶格的幾何形態和切換行為進行建模優化，最終使多個晶格協同工作，構建出無需電子裝置即可流暢切換位態的手指關節。這種被動式設計在工業自動化場景中尤為突出——簡單可預測的機械結構大幅降低了事故風險，提升了操作安全性。

可編程超材料的潛力遠不止于此。其宏觀特性由內部幾何形態決定，而非化學組成，因此可通過外部刺激（如壓力、溫度）改變結構，實現功能狀態的切換。這種特性使系統得以整合為單一自適應部件，顯著減輕重量、提升耐久度，并釋放了前所未有的設計自由度。機器人、醫療設備與環境技術領域被視為首批受益者，例如，更輕便的矯形器和更靈活的抓握工具已進入研發階段。

目前，來自多家弗勞恩霍夫研究所的團隊正持續推進ProFi項目的落地。他們的目標不僅是簡化仿生手設計，更希望為無法承擔復雜電子假肢費用的用戶提供直觀、易用的解決方案。隨著研究的深入，這項技術有望從手指關節擴展至整個手部乃至其他肢體部位，推動可編程材料真正融入日常生活，為仿生設備與機器人操縱器開辟全新的設計范式。