中國科大在磁驅(qū)動軟體抓手研究中取得重要進(jìn)展

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院、人形機(jī)器人研究院李木軍副教授、張世武教授，聯(lián)合生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部胡兵教授，提出了一種新型多孔磁性軟體抓手（PMSG），通過在柔性磁性硅膠中融入多孔設(shè)計，使得PMSG能夠迅速且安全地抓取脆弱的生物活體。成果以“Porous Magnetic Soft Grippers for Fast and Gentle Grasping of Delicate Living Objects”為題發(fā)表在國際期刊《先進(jìn)材料》上。

磁性軟體抓手因其操作靈活、反應(yīng)迅速，并且對生物體安全而備受矚目。它們特別適合用來精細(xì)地處理那些脆弱的生物體。然而，如何在操作過程中不傷害這些生物體，一直是科研人員面臨的一個挑戰(zhàn)。針對上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊提出通過將多孔結(jié)構(gòu)引入磁性硅膠彈性體制造PMSG的方法，使其具備高磁化、低模量和粗糙表面特點，從而展現(xiàn)卓越的柔軟度和適形性，同時在快速抓取時減少對物體的沖擊。這種簡單有效的方法為高性能致動器與生物的安全交互提供了全新的思路。

圖1.多孔磁軟體抓手設(shè)計

研究團(tuán)隊提出的多孔磁性軟體抓手憑借其多孔結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出卓越的柔軟度和適形性，能夠輕松抓取各種大小和質(zhì)地的物體。這種軟抓手的靈活性使其能夠適應(yīng)復(fù)雜或形狀不斷變化的物體，提供了比傳統(tǒng)機(jī)械抓手更可靠的抓取方案，特別是在處理形狀不規(guī)則或容易變形的物體時更為有效。由于具備高磁化強(qiáng)度和低彈性模量，能夠迅速對磁場變化作出反應(yīng)，同時保持較小的沖擊力，確保安全地抓取易碎物品，如能夠快速安全抓住上拋的去殼生鵪鶉蛋。此外，多孔磁性軟體抓手在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，尤其是細(xì)胞操作方面，展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景，因為它能夠提供持續(xù)而溫和的壓力，確保對生物樣本的輕柔與安全抓取，為醫(yī)療微操作器械的創(chuàng)新提供了新的可能性。

圖2.軟體抓手的多功能性展示（a）抓取薄板和細(xì)線（b）抓取魚和蒲公英（c）快速抓取去殼生蛋（d）安全移取斑馬魚卵

此外，研究團(tuán)隊還進(jìn)一步開發(fā)了可遠(yuǎn)程操作的多孔磁性軟體抓手，克服了傳統(tǒng)磁驅(qū)動抓手對大型電磁場線圈的依賴，更有利于與移動平臺相結(jié)合，從而適用于更廣泛的應(yīng)用場景。所設(shè)計的抓手能夠與移動機(jī)器人集成，實現(xiàn)對小雞的溫和抓取與定點移動。同時，該軟體抓手還可與無人機(jī)集成，可以捕獲水中的小魚，并能迅速地將它們進(jìn)行遠(yuǎn)距離的安全轉(zhuǎn)移。這些結(jié)果表明，多孔磁性軟體抓手在未來的野外生物樣本收集和生物醫(yī)學(xué)研究中將發(fā)揮更加重要的作用。

圖3.抓手與移動平臺集成，實現(xiàn)生物活體遠(yuǎn)程抓取