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你能想象機(jī)器人抓手能有多輕柔嗎?比如穩(wěn)穩(wěn)抓取去殼生蛋，安全轉(zhuǎn)移一枚斑馬魚卵……
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)將柔性材料與磁性科技結(jié)合，開發(fā)了多孔磁性軟體抓手(PMSG)，為機(jī)器人抓取帶來了新可能。相關(guān)成果發(fā)表于《先進(jìn)材料》。
仿生科技界的“溫柔力量”
傳統(tǒng)剛性機(jī)器人試圖抓取柔弱的生物體時(shí)，往往會出現(xiàn)“手太重”的情況。它們的末端抓手雖然強(qiáng)大精準(zhǔn)，但在面對像蒲公英、去殼生蛋等脆弱的目標(biāo)時(shí)，硬邦邦的金屬“手指”容易施力過猛，造成不可挽回的損傷。
相比之下，軟體抓手可謂機(jī)器人界的“柔情高手”。它們能像章魚爪子一樣輕柔包裹住目標(biāo)，適應(yīng)形狀和大小各異的物體。無論是細(xì)小的導(dǎo)線，還是搖擺的魚，它們都能應(yīng)對自如。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李木軍教授團(tuán)隊(duì)在軟體抓手的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，開發(fā)了多孔磁性軟體抓手——結(jié)合柔軟與磁性的“超級抓手”。
速度與柔軟的平衡
磁性軟體抓手因其操作靈活、反應(yīng)迅速，并且對生物體安全，特別適合用來精細(xì)處理那些脆弱的生物體。然而，傳統(tǒng)磁性抓手在提升抓取力方面面臨一個(gè)挑戰(zhàn)：增加磁粉可以提高抓力，但同時(shí)也會使抓手變硬。這種硬度的增加往往導(dǎo)致抓手無法適應(yīng)不同形狀的物體，降低了其適應(yīng)性和抓取效率。
為了解決這一問題，科研人員采用了一種創(chuàng)新的方法：將碳酸氫銨作為造孔劑，與磁性硅膠混合。在加熱過程中，碳酸氫銨分解，形成無數(shù)微小的孔隙，這些孔隙不僅保持了抓手的高磁粉含量，還賦予了其優(yōu)異的柔軟性。
多孔磁軟體抓手設(shè)計(jì)
此外，內(nèi)部的孔隙能夠吸收高速抓取時(shí)產(chǎn)生的沖擊能量，使得抓手以更輕柔的方式抓取物體，減少了對脆弱物品的損害風(fēng)險(xiǎn)。表面的多孔結(jié)構(gòu)還增加了抓手與物體接觸時(shí)的摩擦力，這進(jìn)一步提高了抓取的穩(wěn)定性和可靠性。
這種將多孔結(jié)構(gòu)引入磁性硅膠彈性體制造抓手的方法，使抓手具備高磁化、低模量和粗糙表面的特點(diǎn)，使其在保持強(qiáng)大抓取力的同時(shí)，也能夠適應(yīng)各種不同的場景，展現(xiàn)出柔軟與速度的完美平衡。
開啟生物世界新互動
多孔磁性軟體抓手擁有廣泛的應(yīng)用前景。它不僅是實(shí)驗(yàn)室里的“黑科技”，未來，它還可能會成為醫(yī)療微操作領(lǐng)域的新技術(shù)，幫助醫(yī)生輕柔無損地抓取精細(xì)的細(xì)胞樣本。
研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步開發(fā)了可遠(yuǎn)程操作的多孔磁性軟體抓手，克服了傳統(tǒng)磁驅(qū)動抓手對大型電磁場線圈的依賴，更有利于與移動平臺相結(jié)合。所設(shè)計(jì)的抓手能夠與移動機(jī)器人集成，實(shí)現(xiàn)對小雞的溫和抓取與定點(diǎn)移動;還能與無人機(jī)集成，可以捕獲水中的小魚，并迅速地將它們進(jìn)行遠(yuǎn)距離的安全轉(zhuǎn)移。
軟體抓手的多功能性展示：(a)抓取薄板和細(xì)線；(b)抓取魚和蒲公英；(c)抓取去殼生蛋；(d)安全移取斑馬魚卵。
多孔磁性軟體抓手在未來的野外生物樣本收集和生物醫(yī)學(xué)研究中或?qū)l(fā)揮更加重要的作用。這一技術(shù)為未來的機(jī)器人與生物世界互動開啟全新篇章。
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