日前，美国加利福尼亚的研究人员开发出一种机器人“手爪”（又称“抓取器”），这种手爪结合壁虎脚趾的粘附特性与空气动力柔性机器人的适应性，抓取范围比现有技术能做到的更广泛。研究人员将于5月21~25日在澳大利亚布里斯班举行的“2018年机器人与自动化国际会议”上发表研究成果。据了解，该抓取器可抓取重达20千克的物体，并可用于从工厂到国际空间站的各种环境中抓取多种物体。

　　情况介绍

　　壁虎由于脚趾上有精密的抓握结构被称为“自然界最好的攀岩者”。此前，斯坦福大学的研究人员和由亚伦·帕内斯教授领导的喷射推进实验室利用一种名为“壁虎灵感粘合剂”的合成材料，重构了这种结构。这种材料主要用于墙壁等平坦表面。在目前的工作中，研究人员与加州大学圣地亚哥分校的工程师联手，在柔性机器人手爪的手指上涂覆了这种壁虎粘合剂，使其能够更加牢固地抓住各种物体，包括管子和杯子，同时也能轻松应对岩石等粗糙物体。此外，抓取器还能够以不同角度抓取物体。

　　运作原理

　　壁虎由于脚趾上有精密的抓握结构被称为“自然界最好的攀岩者”。此前，斯坦福大学的研究人员和由亚伦·帕内斯教授领导的喷射推进实验室利用一种名为“壁虎灵感粘合剂”的合成材料，重构了这种结构。这种材料主要用于墙壁等平坦表面。在目前的工作中，研究人员与加州大学圣地亚哥分校的工程师联手，在柔性机器人手爪的手指上涂覆了这种壁虎粘合剂，使其能够更加牢固地抓住各种物体，包括管子和杯子，同时也能轻松应对岩石等粗糙物体。此外，抓取器还能够以不同角度抓取物体。

　　由于壁虎粘合剂由表面之间的分子相互作用提供动力，因此当它们具有较大接触表面积时，它们表现最为出色。用这些粘合剂涂覆在柔性机器人手爪的内部，可以最大限度地增加与其接触的表面积，从而确保更好的抓握。

　　相关突破

　　工程团队解决了两个不同的问题：

　　首先，加州大学圣迭戈分校的研究人员着手确保抓取器的手指能够与任何物体的表面保持持续接触：这是由于气动软手指存在一个常见问题——当充气时，它们的中间部分会隆起从而减少了表面接触。格利克发现了20世纪70年代的一项研究，找到了在设计过程中遇到的问题所需的方程式，使得研究人员能够使抓取器沿着手指的整个长度施加正确的力。

　　其次，研究人员关注不平坦的表面，以优化壁虎粘合剂的性能。他们找到一种可以在保持粘合剂所需制造精度的同时沿着柔软的柔性抓取器分配力量的方法。

　　团队通过使用一种嵌入手指的高强度织物来实现这一点，该织物可以轻松弯曲但抗拒伸展，以承受更大载荷。手指被夹紧固定到基座上，使易拉伸变形的硅树脂不会变形到超出所需范围。这种软质和硬质材料的结合，可以使抓取器在适用于多种物体的同时承受较大受力。

　　制作过程

　　制成壁虎粘合剂需要三个步骤。首先，使用光刻工艺在洁净室内制造出具有数百万个微观结构的原始壁虎粘合剂模具；然后，以低成本制造母模的蜡版复制品；接着，研究人员使用一种叫做“旋涂”的工艺，从蜡模中复制出尽可能多的粘合剂片，这种工艺可以使他们能在一小时内制作10~20个粘合片。与此同时，柔性机器人的手爪本身也在3D打印模具中铸造，其由硅橡胶制成。

　　未来进展

　　据悉，该研究的后续步骤包括开发利用粘合剂抓握的算法，并研究这种抓取器在零重力和空间操作中的应用。

　　来源：美国纳米科技网/图片来自互联网

　　军事科学院军事科学信息研究中心 于雪

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