纏繞植物中的纏繞運(yùn)動示意圖（左）；致動之前的螺旋形軟機(jī)器人抓爪（中）；拿著花的被致動的軟的螺旋抓爪。

中國AGV網(wǎng)（m.xmydyc.com）據(jù)外媒報(bào)道，科學(xué)家在設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)通常會從自然中尋找線索，有些機(jī)器人模仿人的手，而另一些機(jī)器人則模仿章魚手臂或尺蠖的行為。現(xiàn)在，佐治亞大學(xué)工程學(xué)院（University of Georgia College of Engineering）的研究人員設(shè)計(jì)了一種新型軟機(jī)器人抓手，該抓手從一種不尋常的來源中汲取了靈感：極豆。

扁豆和其他纏繞植物使用觸敏芽將自己像繩子和棒子一樣纏繞在支撐物上以向上生長時(shí)，UGA團(tuán)隊(duì)的機(jī)器人旨在牢固而輕柔地抓住直徑小于1毫米的物體。

“我們曾嘗試過不同的設(shè)計(jì)，但對結(jié)果感到不滿意，然后我想起了幾年前我在花園里種植的四季豆，”該研究的主要作者，副教授霍伯（Mable Fok）說。“這種植物可以緊緊地抓住其他植物或繩索。因此，我對纏繞植物進(jìn)行了一些研究，并認(rèn)為這是一種自然的好設(shè)計(jì)，可供我們探索。”

在《光學(xué)快報(bào)》（Optics Express）上發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，研究人員說，與現(xiàn)有的機(jī)器人設(shè)備相比，他們的軟機(jī)器人螺旋夾具具有許多優(yōu)勢。

柔軟的機(jī)械手僅需很小的空間

Fok說：“我們的機(jī)器人的纏繞動作只需要一個(gè)氣動控制裝置，無需多個(gè)氣動控制裝置之間的復(fù)雜協(xié)調(diào)，從而大大簡化了其操作。” “由于我們使用獨(dú)特的纏繞運(yùn)動，因此柔軟的機(jī)械手在狹窄的區(qū)域也能很好地工作，并且只需要很小的操作空間。”

與許多現(xiàn)有機(jī)器人相比，UGA設(shè)備提供了另一項(xiàng)進(jìn)步：嵌入式傳感器可提供關(guān)鍵的實(shí)時(shí)反饋。

“我們在機(jī)器人的彈性脊柱中部嵌入了一個(gè)光纖傳感器，該傳感器可以感知纏繞角度，目標(biāo)的物理參數(shù)以及任何可能導(dǎo)致目標(biāo)松動的外部干擾，” Fok說。

研究人員認(rèn)為，這種柔軟的機(jī)器人抓手（長3英寸多一點(diǎn)，由硅樹脂制成）可以在包括農(nóng)業(yè)，醫(yī)學(xué)和研究在內(nèi)的許多環(huán)境中使用。應(yīng)用程序可能包括選擇和包裝需要柔軟觸感的農(nóng)產(chǎn)品，例如植物和花卉，外科手術(shù)機(jī)器人，或者在實(shí)驗(yàn)過程中選擇并將研究樣品保存在易碎的玻璃管中。

（a）軟螺旋夾具的俯視圖（b）軟螺旋夾具的3D視圖（c）3D打印的模具，用于制造軟螺旋夾具。

高度精確

在他們的研究中，研究小組說，螺旋形夾爪被證明可以有效地夾住鉛筆和畫筆等物體，甚至可以像拉直的回形針的細(xì)線一樣小。該設(shè)備還具有出色的可重復(fù)性，較高的纏繞感應(yīng)精度和精確的外部干擾檢測能力。

除Fok外，研究團(tuán)隊(duì)還包括兩位工程候選人：Mei Yang和Ning Liu博士，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程專業(yè)的本科生Liam Paul Cooper，以及工程學(xué)院副教授Xianqiao Wang。

該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃繼續(xù)致力于基于光纖傳感器的讀數(shù)來改進(jìn)自動反饋控制。他們還希望探索小型化設(shè)計(jì)，以作為生物醫(yī)學(xué)機(jī)器人的基礎(chǔ)。

“這種纏繞式軟機(jī)器人及其嵌入式光纖傳感器構(gòu)成了更全面的軟機(jī)器人的基礎(chǔ)。擁有更簡單的設(shè)計(jì)和控制絕對是優(yōu)勢，” Fok說。