來自北卡羅來納州立大學(xué)的工程研究人員展示了一種新型的靈活的機器人抓手，它能夠在不打破蛋黃的情況下提起精致的蛋黃，并且精確到可以提起一根人類的頭發(fā)。資料來源：北卡羅來納州立大學(xué)的Jie Yin

來自北卡羅來納州立大學(xué)的工程研究人員展示了一種新型的柔性機器人抓手，它能夠在不打破蛋黃的情況下提起精致的蛋黃，并且精確到可以提起一根人類的頭發(fā)。這項工作在軟體機器人和生物醫(yī)學(xué)技術(shù)方面都有應(yīng)用。

這項工作借鑒了kirigami藝術(shù)，它涉及切割和折疊二維（2D）材料片，形成三維（3D）形狀。具體來說，研究人員開發(fā)了一種新的技術(shù)，包括使用kirigami將二維片材轉(zhuǎn)化為彎曲的三維結(jié)構(gòu)，方法是在大部分材料上切割平行的縫隙。三維結(jié)構(gòu)的最終形狀在很大程度上由材料的外部邊界決定。例如，一個具有圓形邊界的2D材料將形成一個球形的3D形狀。

關(guān)于這項工作的論文的第一作者、北卡羅來納州的博士生Yaoye Hong說："我們已經(jīng)定義并演示了一個允許用戶逆向工作的模型，如果用戶知道他們需要什么樣的彎曲的三維結(jié)構(gòu)，他們可以使用我們的方法來確定他們需要在二維材料中使用的邊界形狀和縫隙模式。而且通過控制材料的推拉方向，可以對最終結(jié)構(gòu)進(jìn)行額外的控制。"

論文的通訊作者、北卡羅來納州立大學(xué)機械和航空航天工程系副教授Jie Yin說："我們的技術(shù)比以前將二維材料轉(zhuǎn)化為彎曲的三維結(jié)構(gòu)的技術(shù)要簡單得多，它使設(shè)計者能夠從二維材料中創(chuàng)建各種各樣的定制結(jié)構(gòu)。"

研究人員通過創(chuàng)造能夠抓取和提升從蛋黃到人的頭發(fā)的物體的抓手，證明了他們技術(shù)的實用性。

Yin說："我們已經(jīng)表明，我們的技術(shù)可以用來創(chuàng)造能夠抓取和移動甚至是極其脆弱的物體的工具。"

尹說："傳統(tǒng)的抓取器牢牢地抓住一個物體--它們通過對它們施加壓力來抓住東西。當(dāng)試圖抓取脆弱的物體，如蛋黃時，這可能帶來問題。但是我們的抓手基本上是圍繞著一個物體，然后把它抬起來--類似于我們用手握住一個物體的方式。這使我們能夠在不犧牲精度的情況下'抓取'和移動甚至是脆弱的物體。"

然而，研究人員指出，還有許多其他潛在的應(yīng)用，例如使用該技術(shù)來設(shè)計符合關(guān)節(jié)形狀的生物醫(yī)學(xué)技術(shù)，比如人類的膝蓋。

Yin說："想想看，智能繃帶或監(jiān)測設(shè)備能夠隨著你的膝蓋或肘部彎曲和移動。"

Yin說："這是概念驗證工作，表明我們的技術(shù)可行。我們現(xiàn)在正在將這項技術(shù)整合到軟體機器人技術(shù)中，以解決工業(yè)挑戰(zhàn)。我們還在探索如何利用這項技術(shù)來創(chuàng)造可用于對人類膝關(guān)節(jié)進(jìn)行保暖的設(shè)備，這將具有治療作用。我們愿意與行業(yè)伙伴合作，探索更多的應(yīng)用，并找到將這種方法從實驗室推向?qū)嶋H用途的方法。"

這篇題為 "邊界曲率引導(dǎo)的可編程形狀變形Kirigami片 "的論文將于1月26日發(fā)表在《自然通訊》雜志上。這篇論文的共同作者是北卡羅來納州立大學(xué)機械和航空航天工程系A(chǔ)ndrew A. Adams特聘教授Yong Zhu；以及北卡羅來納州立大學(xué)的博士生Yinding Chi, Shuang Wu, Yanbin Li。