北卡州立大学尹杰、黄鹤团队 Nat. Commun.：更柔、更强、更精准多功能软机器手

2023-08-04 来源：高分子科技

传统的软机械抓手对于抓取易碎、超薄、和超重的物体非常有挑战性，因为需要在柔顺性、强度和精度之间进行权衡与取舍。最近，北卡州立大学的尹杰团队和黄鹤团队设计了一种基于剪纸的新型软抓手可以使得鱼与熊掌兼得。他们最新研究了一种通过利用设计角度的具有藤状抓取轨迹的超轻柔、超强和超精准抓手（图1a）。该抓手是基于之前的剪纸软抓手的设计并进行了大幅度的改良。因此新的抓手既能够在最小接触压力（0.05千帕）下精细地抓取易碎液体（图1b），也可以抓取载重达到其自身重量（0.4克）的16000倍的物体（6.4公斤，图1c），同时也能在平面上精确地抓取厚度仅为4微米的薄片和直径为2微米的微纤维（头发丝的厚度一般为80微米），集超轻柔、超强与超精准于一身，并且都具有极高的成功率。

图1：多功能剪纸抓手可以轻易抓起各种易碎物品如液滴以及超过自重16000倍的砝码。也可以拓展到植物叶子无损抓手以及与假肢集成摘葡萄等。

由于该设计与材料和尺寸无关，所以甚至可以使用天然叶子制作成为可生物降解的无损伤抓手（图1d），比如抓取易碎的蒲公英以及草莓（图1e-图2d）等。同时这种抓手也非常便于与机器人手臂和假肢进行集成，无需额外的电源、驱动器以及传感器等，可以很好的辅助完成各种极具挑战性的任务，比如采摘葡萄（图1f）、拉拉链、叠衣服和翻书（图3）等。这项工作展示了在各种极端情况下表现出色的软抓手，比如抓取果冻布丁、鱼子酱、药片、废弃医疗针头、SD卡、以及水母等（图2）。具有广泛的潜在应用前景，比如农业采摘、食品加工、假肢、生物医学、微创手术和深海探索等。

该文章通过大量的力学理论模型、计算以及实验，分析了最佳的抓取方式以及轨迹，并设计出此种抓手。

图2：各种具有挑战性的抓取物体总结，如细纤维、薄片、活鱼、布丁、生蛋黄、番茄酱、泡沫、水滴等等。

图3 多功能剪纸抓手与机械臂以及假肢的简单集成用于处理各种挑战性的抓取任务

该工作最近以”Angle-programmed tendril-like trajectories enable a multifunctional gripper with ultradelicacy, ultrastrength, and ultraprecision”为题在线发表于自然-通讯（Nature Communications）上。文章的第一作者是北卡州立大学机械航空系的博士生洪尧烨，共同作者包括赵耀博士、Joseph Berman、赤银鼎博士、李艳滨博士，以及黄鹤教授，通讯作者为北卡州立大学机械航空系尹杰副教授。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-39741-6

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（责任编辑：xu）

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