机器人抓手提供前所未有的强度和精致组合

北卡罗来纳州立大学的研究人员已经开发出一种机器人抓取装置，它轻柔到可以捡起一滴水，坚固到可以捡起6.4公斤(14.1磅)的重量，灵巧到可以折叠一块布，精确到可以捡起比人类头发细20倍的微胶片。

除了可能的制造应用之外，研究人员还将该设备与技术相结合，使抓手能够通过前臂肌肉产生的电信号来控制，展示了它在机器人假肢上的应用潜力。

该研究论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程副教授尹杰说:“由于要在强度、精度和柔软度之间进行权衡，很难开发出一种能够处理超软、超薄和重物的单一柔软夹具。”“我们的设计很好地平衡了这些特点。”

新夹具的设计是建立在上一代灵活的机器人夹具的基础上的，后者借鉴了kirigami的艺术，这种艺术包括切割和折叠二维材料片以形成三维形状。

“我们的新夹具也使用了kirigami，但本质上是不同的，因为我们从以前的设计中学到了很多东西，”该论文的合著者、最近从北卡罗来纳州立大学获得博士学位的Yaoye Hong说。“我们已经能够改进基本结构本身，以及抓手的轨迹，即抓手在抓取物体时接近物体的路径。”

新设计能够实现高度的强度和柔韧性，因为它如何在整个抓手结构中分配力。

“机器人抓手的强度通常是用有效载荷重量比来衡量的，”Yin说。“我们的抓手重0.4克，可举起6.4公斤的重物。有效载荷重量比大约是16000。这比之前的有效载荷重量比纪录(6400)高出2.5倍。结合其柔软和精确的特点，夹具的强度表明了广泛的应用。”

新技术的另一个好处是，其吸引人的特点主要是由其结构设计驱动的，而不是由用于制造抓手的材料驱动的。

“实际上，这意味着你可以用可生物降解的材料制造抓手，比如结实的植物叶子，”Yaoye Hong说。“这对于那些你只想在有限的时间内使用抓手的应用来说尤其有用，比如在处理食物或生物医学材料的时候。例如，我们已经证明，抓手可以用来处理尖锐的医疗废物，比如针头。”

研究人员还将抓握装置与肌电假肢结合在一起，这意味着假肢是通过肌肉活动来控制的。

该论文的合著者、北卡罗来纳州立大学和北卡罗来纳大学教堂山分校生物医学工程系杰克逊家族杰出教授Helen Huang说:“这种夹具为使用现有假肢设备难以完成的任务提供了增强的功能，比如拉上某些类型的拉链，捡起一枚硬币等等。”

Helen Huang说:“这种新的手爪不能取代现有假肢的所有功能，但它可以用来补充其他功能。”“kirigami抓取器的一个优点是，你不需要更换或增加机器人假肢中使用的现有马达。在使用夹具时，您可以简单地使用现有的电机。”

在概念验证测试中，研究人员证明，kirigami手握器可以与肌电假肢结合使用，来翻动书页和从藤蔓上摘葡萄。

Yin说:“我们认为这种夹持器的设计在机器人假肢、食品加工、制药和电子制造等领域都有潜在的应用。”“我们期待着与行业合作伙伴合作，寻找将这项技术投入使用的方法。”