你能想象机器人抓手能有多轻柔吗？比如稳稳抓取去壳生蛋，安全转移一枚斑马鱼卵……
近日，中国科学技术大学将柔性材料与磁性科技结合，开发了多孔磁性软体抓手（PMSG），为机器人抓取带来了新可能。相关成果发表于《先进材料》。
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仿生科技界的“温柔力量”
传统刚性机器人试图抓取柔弱的生物体时，往往会出现“手太重”的情况。它们的末端抓手虽然强大精准，但在面对像蒲公英、去壳生蛋等脆弱的目标时，硬邦邦的金属“手指”容易施力过猛，造成不可挽回的损伤。
相比之下，软体抓手可谓机器人界的“柔情高手”。它们能像章鱼爪子一样轻柔包裹住目标，适应形状和大小各异的物体。无论是细小的导线，还是摇摆的鱼，它们都能应对自如。
中国科学技术大学李木军教授团队在软体抓手的基础上更进一步，开发了多孔磁性软体抓手——结合柔软与磁性的“超级抓手”。
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速度与柔软的平衡
磁性软体抓手因其操作灵活、反应迅速，并且对生物体安全，特别适合用来精细处理那些脆弱的生物体。然而，传统磁性抓手在提升抓取力方面面临一个挑战：增加磁粉可以提高抓力，但同时也会使抓手变硬。这种硬度的增加往往导致抓手无法适应不同形状的物体，降低了其适应性和抓取效率。
为了解决这一问题，科研人员采用了一种创新的方法：将碳酸氢铵作为造孔剂，与磁性硅胶混合。在加热过程中，碳酸氢铵分解，形成无数微小的孔隙，这些孔隙不仅保持了抓手的高磁粉含量，还赋予了其优异的柔软性。
▲多孔磁软体抓手设计
此外，内部的孔隙能够吸收高速抓取时产生的冲击能量，使得抓手以更轻柔的方式抓取物体，减少了对脆弱物品的损害风险。表面的多孔结构还增加了抓手与物体接触时的摩擦力，这进一步提高了抓取的稳定性和可靠性。
这种将多孔结构引入磁性硅胶弹性体制造抓手的方法，使抓手具备高磁化、低模量和粗糙表面的特点，使其在保持强大抓取力的同时，也能够适应各种不同的场景，展现出柔软与速度的完美平衡。
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开启生物世界新互动
多孔磁性软体抓手拥有广泛的应用前景。它不仅是实验室里的“黑科技”，未来，它还可能会成为医疗微操作领域的新技术，帮助医生轻柔无损地抓取精细的细胞样本。
研究团队还进一步开发了可远程操作的多孔磁性软体抓手，克服了传统磁驱动抓手对大型电磁场线圈的依赖，更有利于与移动平台相结合。所设计的抓手能够与移动机器人集成，实现对小鸡的温和抓取与定点移动；还能与无人机集成，可以捕获水中的小鱼，并迅速地将它们进行远距离的安全转移。
▲软体抓手的多功能性展示：（a）抓取薄板和细线；（b）抓取鱼和蒲公英；（c）抓取去壳生蛋；（d）安全移取斑马鱼卵。
多孔磁性软体抓手在未来的野外生物样本收集和生物医学研究中或将发挥更加重要的作用。这一技术为未来的机器人与生物世界互动开启全新篇章。
来源：中国科学技术大学
责任编辑：王颖