2025 年 10 月，特斯拉放緩了 Optimus 的生產。據《The Information》報導，原因在於手和前臂阻礙了組裝，部分完成的機體堆積在庫存中，而工程師們正在對上肢進行設計修改。圖 1：整體手指元件，包含三個關節元件 100A/B/C幾天後，在 2025 年第三季度財報電話會議上，埃隆·馬斯克表示：“製造手和前臂是一個極其困難的工程挑戰。從機電角度看，我會說它比機器人其餘部分更困難。前臂和手比整個機器人都難。” — 特斯拉 2025 年第三季度財報電話會議，2025 年 10 月 22 日六個月後，即 2026 年 4 月 16 日，特斯拉的名字出現在五項同時發佈的世界智慧財產權組織專利上。它們具有相同的優先權日期（2024 年 10 月 10 日）、相同的受讓人，並在五份檔案中重建了同一隻機械臂。本文是五篇中的第一篇，從手臂的最小部件開始講起。在電纜、腕關節、裝入 25 個執行器的前臂之前，有一個大多數工程師都不再問的基本問題：如何製造鉸鏈？特斯拉的答案很奇怪。Optimus 的手指關節沒有銷釘。銷釘關節的邏輯桎梏銷釘關節是機械工程中最直接的實現方式。兩部分相接，一個鋼軸貫穿它們，一部分圍繞另一部分旋轉。旋轉軸是固定的，其他所有運動方向——無論側向滑動、拉開還是扭轉——都被銷釘及其孔所阻擋。你可以在餐巾紙上畫出銷釘關節，過去十年建構的每一根類人機器人手指都使用了某種版本的它。在人類手指的尺度上，出現三個問題：磨損。銷釘關節依賴於兩個小接觸面——銷釘與孔——的摩擦。像工作機器人手這樣循環數百萬次，表面會磨損。用軸承替換銷釘可解決摩擦問題，但關節變大，大關節就無法放入手指內。布線。機器人手指需要內部布線，為指尖感測器供電、為觸覺陣列傳輸資料，可能還有熱管理液體。這些電纜必須跨越每個關節，而銷釘關節會迫使它們繞過銷釘。在繞行處反覆彎曲，任何反覆彎曲的東西最終都會疲勞失效。鮮有人談的事實。人類手指不是銷釘關節。如果你慢慢彎曲食指並觀察指關節，會發現：骨頭末端並不是圍繞固定軸旋轉，它們相互滾動，旋轉軸隨關節運動而移動。解剖學家稱這種運動為滾動-滑動，這也是你的手指從完全伸直到完全彎曲時平滑捲曲，而不像銷釘關節產生的折疊、分段弧線。特斯拉用銷釘關節製造類人機器人三年。然後工程師們觀察了真實手指的運動，並直接模仿它。特斯拉的替代方案專利 WO 2026/080693，標題為《機械臂關節元件》，展示了替代銷釘的方案。在任何兩根手指骨（人類稱為兩節指骨）之間，有一個扁平矩形部件，專利稱之為“復合柔性構件”。它足夠小，可以放在兩節指骨之間，同時完成三個任務：連接兩節手指骨、允許彎曲、防止其他不期望的運動。切開來看，它有三層，如微型三明治堆疊。圖 6：三層復合柔性構件，展示第一柔性層 120、中間層 124、第二柔性層 122外層兩層是專利中所稱的第一和第二柔性層，由彈性體製成。專利直接列舉候選材料為“橡膠和/或彈性體，如丁腈、矽膠或氯丁橡膠” [0054]，邵氏硬度 60A，抗拉強度高於 8.96 MPa。專利指出，這些參數“通過實驗驗證，可最大化關節元件 100 在受損前可完成的彎曲周期次數” [0054]。特斯拉進行了疲勞測試，找到了最佳硬度範圍，並寫入了權利要求。中間層是設計不平凡的地方。專利描述它為一層薄中間片，夾在兩層彈性體之間，沿元件的縱向中性軸延伸。材料選擇值得注意：“第一中間層 124 可以由液晶聚合物織物（例如 Vectran）製成。在其他實施例中，第一中間層 124 是金屬層。例如，第一中間層 124 可由合金如鎳鈦合金（Nitinol）形成。” — [0055]Vectran 和 Nitinol 在機器人中不常見，但在兩個其他領域常用。Vectran 是液晶聚合物纖維，NASA 在 1997 年用於火星探路者登陸氣囊，2004 年用於 Spirit 和 Opportunity 探測車。氣囊以高速在火星岩石間彈跳而不撕裂。NASA 自述稱，Vectran “強度幾乎是其他合成材料如凱夫拉的兩倍，並且在低溫下性能更佳”。Nitinol 是鎳鈦合金，具有超彈性：可彎曲約 8% 的應變並恢復原狀，比普通金屬可承受的永久形變高 10~30 倍。這種材料用於自擴張心臟支架。當支架被壓縮在導管上，穿過血管釋放時，Nitinol 會恢復成訓練形狀，支撐血管多年。特斯拉放在兩塊橡膠之間的這一層，用來替代銷釘的，要麼是用於火星登陸緩衝的織物，要麼是支撐心臟的合金。專利要求該層的抗拉強度至少為 895 MPa [0055]，是普通結構鋼強度的兩倍以上。原因並不是關節承重，而是另有玄機。為何有效：各向異性巧妙應用手指關節必須能彎曲，同時必須阻止其他五種運動。如果你握扳手扭動，指關節不能隨之旋轉，因為它們保持指骨排列。按壓指尖，關節不能塌下。拉繩索，關節不能像糖拉伸。若關節在所有方向自由彎曲，它就不再是關節。銷釘通過機械約束解決這個問題，一個軸自由，其他五軸由鋼阻擋。方法簡單，但對尺寸要求嚴格。若用純橡膠替代銷釘，六個約束中五個會同時消失，因為橡膠在所有方向上都可拉伸、壓縮、扭轉和剪下。單獨的橡膠手指會在受力下搖擺，而不僅僅彎曲。特斯拉的解決方案是中間層，專利直接表述：“第一中間層 124 可限制關節元件 100 除手指成員 20 相對旋轉外的運動類型……在旋轉方向上具有第一剛度……在其他方向上具有第二剛度……且第二剛度大於第一剛度。” — [0053]重點在於不同方向具有不同剛度。關節設計的彎曲方向（指關節橫軸旋轉）中，中間層順從並隨彈性體彎曲。其他方向幾乎剛性：沿長度鋪設的 Vectran 織物拒絕拉伸，Nitinol 抵抗剪下和扭轉。銷釘關節通過幾何提供的五個約束，中間層通過各向異性剛度提供。圖 4 + 圖 5：伸展 vs 彎曲配置，顯示彎曲表面滾動接觸及橫軸移動因此專利要求 895 MPa。這一層不是承受壓縮結構負荷，而是承受拉伸，當握力作用時，抵抗手指拉長、扭轉或剪下。薄如織物的 GPa 級抗拉強度是嚴格的材料要求，排除了大多數候選材料。編織 Vectran 可滿足，Nitinol 可滿足，普通不鏽鋼幾周內會疲勞失效。這設計不是橡膠替代銷釘，而是一層在一個方向柔軟、五個方向堅硬。彈性體與中間層共同再現鋼銷釘功能，而無其問題。三大附加好處各向異性到位後，還有三件事順理成章發生。專利未將其作為主要目標，而是設計允許的結果。1. 滾動接觸，而非樞軸旋轉兩節手指骨在關節相接時沒有共享銷釘，它們共享直接接觸的曲面。手指彎曲時，曲面互相滾動。專利指出：“手指彎曲時，橫軸旋轉 302 的位置沿接觸面 28 移動” [0064]，幾乎與人類指關節一致。復合柔性構件平行於滾動接觸，隨其彎曲，只約束滾動以外的運動。運動效果微妙但可見。銷釘關節手指彎曲呈分段弧線，因為旋轉軸固定在空間中；滾動接觸手指彎曲呈平滑曲線，因為旋轉軸隨接觸點移動。第二種彎曲看起來更自然，也更符合人體解剖。2. 被動回位當你彎曲手指後放鬆肌肉，會感到手指被拉回直狀態。這是肌腱預緊與韌帶彈性共同作用。在銷釘機器人中，需要增加回位彈簧，但這又增加了手指擁擠的部件數量，也增加疲勞失效可能。特斯拉關節中，彈性體自動完成回位。手指彎曲時，下層壓縮，上層拉伸，兩層共同推動回到伸直狀態。專利明確表示：“當執行器電纜 30 的張力釋放時，柔性構件 110 可自動將手指 10 回位至完全伸展位置” [0048]。鉸鏈與回位彈簧合二為一。3. 通過關節的布線復合韌帶一側受拉伸一側受壓，幾何上中間有一條材料不受力的線。專利稱之為中性彎曲平面。無論關節彎曲到何種程度，該平面纖維應變為零。特斯拉將手指內部布線穿過此平面，包括電源、感測器和光纖。專利指出：“有益的是，這最小化了束線 40 的應力，因為柔性束線部分 46 沿中性彎曲平面 304 延伸。” — [0068]圖 8：截面圖，顯示束線 46 位於彈性體層間的中性彎曲平面 304銷釘關節會迫使電纜繞過銷釘，反覆彎曲，最終疲勞失效。滾動接觸關節與織物韌帶允許電纜直接穿越零應變區，壽命與機器人其他部分一致。在整體設計中的位置2026 年 4 月 16 日發佈的五項專利組合在一起，依次閱讀時關係清晰，每一項建立在前一項的基礎上。WO 2026/080693 是關節元件，本篇討論。每根手指在四節指骨間有三處該元件。WO 2026/080687 是布線專利，涉及實際拉動手指閉合的腱及它們經過腕關節的 90° 轉換，確保手與腕動作不干擾。WO 2026/080690 是腕關節，展示兩個線性執行器通過幾何排列實現兩自由度，使用同對電機分離偏航與俯仰。WO 2026/080691 是前臂，描述 25 個執行器同心裝入人類尺寸管體。WO 2026/080701 是總控：25 自由度，統一控製器，每節指骨感測器，整體保護手套。關節元件是整個系統基礎。專利 2 的電纜通過專利 1 的中性彎曲平面布線。專利 3 的腕關節承載專利 1 的五指。專利 4 的前臂容納執行器，通過專利 3 的腕關節拉動專利 2 的電纜，使專利 1 的關節彎曲。專利 5 命名整個系統並整合成單一閉環控制。移除無銷手指，整個系統就垮了。此單一部件重新定義了電纜、腕關節和前臂的功能。其餘設計假設關節能自回位、攜帶布線，並像組織一樣運動。如果關節仍是銷釘，其餘四項專利描述的將是另一種機器人。無銷手指告訴我們的六個月前，馬斯克說手比整個機器人都難，公眾討論主要集中在軟體：抓取規劃、觸覺感知、遙運算元據採集，這些位於控制棧頂層。今天發佈的專利從另一個層面回答問題。從機械拓撲開始，從最小運動部件的形狀與材料講起。在控製器決定手指動作之前，手指必須能先行實現運動能力。特斯拉手指不是標準機器人目錄中存在的部件。它是從火星著陸與心臟支架借用的復合韌帶，夾在兩塊橡膠之間，通過各向異性剛度約束五個方向，設計上在第六方向自由。這是地基，電纜、腕關節、前臂和控製器都建立在它之上。資料來源專利：WO 2026/080693 A1，《機械臂關節元件》，優先權日期 2024 年 10 月 10 日，公開日期 2026 年 4 月 16 日，受讓人：特斯拉公司新聞與記錄：特斯拉 2025 年第三季度財報電話會議記錄，2025 年 10 月 22 日（通過 tesery.com 與 hansshow.com 報導）“Tesla Halts Optimus Robot Production Amid Hand, Arm Design Problems,” Morocco World News, 2025 年 10 月 9 日“Tesla Reportedly Scales Back Optimus Production as Hand Design Issues Stall Assembly,” TrendForce, 2025 年 10 月 10 日@Tesla_Optimus，2024 年感恩節手部演示。技術評論：Milan Kovac，時任 Optimus 工程副總裁，2024 年 11 月 28 日材料：NASA 火星探測車任務，氣囊說明，mars.nasa.govSmithsonian 國家航空航天博物館，火星探路者氣囊收藏筆記，airandspace.si.eduILC Dover 火星氣囊織物工程歷史前沿參考：類人手解剖概覽，tesla.rocks，2025 年 6 月 (AI工業)
