受七鳃鳗启发研制新型机器人抓取器，在陆地与水下，皆可举起自身850倍重之物体

据罗马尼亚媒体3月17日报道，七鳃鳗的嘴部启发了一种新型吸力装置，该装置可在空气中和水下抓取物体。此设计旨在解决机器人领域长期存在的一个问题：普通吸盘在粗糙、多孔和潮湿的表面上会失去吸附力。

“在复杂的跨介质环境中，现有的附着机制面临着显著的物理限制，”通讯作者于俊智在一份声明中说。“传统的吸盘在水下容易因流体冲刷而失效，或者在粗糙表面上失去真空密封。我们需要一种统一的机制，能够突破环境介质和表面形态的双重障碍。”

然而，七鳃鳗并不单纯依赖吸力。它的口盘结合了柔软的唇部，能形成密封，还有坚硬的角质化牙齿状结构，可卡住微小的表面特征。于是研究人员仿照这一原理制造了一个机器人版本。团队制造了一个圆盘，边缘是柔软的硅胶唇，核心由形状记忆聚合物（SMP）制成，这种材料会随温度变化从柔软变为坚硬。

当加热到略高于33摄氏度时，聚合物软化成橡胶状。然后真空压力将其拉入目标表面上的微观孔隙和裂缝中。当关闭加热装置时，材料再次变硬，保持该形状并自行锁定。

“这种混合机制成功地将附着力与持续的真空维持分离开来，”于俊智说。“即使外部真空系统失效，或者在极其粗糙的表面上出现轻微漏气，硬化后的形状记忆聚合物的物理互锁也能使装置长时间保持高度安全的抓取状态。”许多机器人抓取装置仅在狭窄条件下工作良好，因为标准吸力需要光滑的密封。其他仿生粘合剂在水下或不规则纹理上可能效果不佳。

新型圆盘将吸力与机械互锁相结合。这意味着即使真空密封减弱，它也能保持抓取状态。在实验室测试中，这个仅70克的装置产生的粘附力足以在空气中和水下举起超过自身重量850倍的物体。它还能在传统吸盘失效的粗糙表面上成功抓取。在空气中，其抓取时间几乎是仅使用传统吸盘设计的三倍；在水下，保持时间增加了多达540%。该系统还显示出非凡的广泛适用性。

在干燥测试中，它能处理质量跨六个数量级的物体，从0.01克的微电子芯片到11.4千克的桌子。它还能抓取日常物品和工具，包括扳手和锤子。在水下，它能粘附在硬币、红砖、扇贝壳和海螺壳上。测试物体的尺寸、纹理、曲率和孔隙率各不相同，这些特性通常会使吸力不可靠。

最具说明性的演示之一是，研究人员将圆盘安装在机械臂上，用它来操作一个仿生蝠鲼机器人。机械臂在空气中抓起机器人，将其放入水箱，放开让它游动，然后在水下再次附着在它身上，再将其举出水面。“该系统在空气 - 水界面过渡过程中完美适应，”研究人员说。

这种交接对机器人抓取装置来说很困难。为干燥、受控环境设计的工具一旦遇到水、粗糙表面或泄漏，就可能失去抓取力。为水下使用设计的工具一旦回到空气中，可能表现就不一样了。而这种设计旨在在两种环境中都能工作。研究人员表示，这可能使其在海洋维护、深海探索和水陆两栖救援等工作中发挥作用，在这些工作中，机器人可能需要在对物体的形状或表面几乎一无所知的情况下抓取物体。

权衡之处在于速度。由于形状记忆聚合物在每个循环中都需要加热然后冷却，该系统比标准吸盘速度更慢，能耗更高。它的主要优势并非原始的举升力，而是在杂乱的真实世界表面上可靠抓取。

（原文标题：This New Lamprey-Inspired Robotic Gripper Can Lift 850 Times Its Own Weight Both on Land and Underwater）