科学家研发“最温柔的机械手”，夹个果冻都不会破

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视频介绍

到了夏天，各种味道鲜美，柔软多汁的水果纷纷上市。但是对于手部残疾的人来说，如果想要自己动“手”吃到这些柔软的水果，该怎么办呢？近日，我国西安的科学家杨溢，受剪纸艺术的启发，研发出了一款柔软、灵巧的剪纸机械手 （Kirigami gripper）。它可以把水果从篮子里夹取出来，轻柔的放在盘子里或者你的手掌上，并且不会弄破它们。它还能夹取小夹子、药片等物品。甚至连大一点的矿泉水瓶也可以抓取。Kirigami gripper是一种基于剪纸弹性屈曲变形而研究出来的机械手，它运用了机器手在抓取时的力学与运动机理，通过一个简单通用的柔性机构，使机器手可实现精准的柔性抓取。在研究中，杨溢把剪纸几何图形作为一种设计方式，他观察到，在外力之下剪纸会发生变形，进而产生一些动态效果，如弯曲或者旋转。他思考着如果将这些动态效果加以利用，能否实现机械手的柔性抓取呢？想到这里，杨溢开始了它的猜想。他把这些剪纸切纹进行排列，并在切割后放置在薄壳结构上。通过外在荷载的作用，这些薄壳会发生屈曲变形，并且这种变形也是动态可复原的。利用变形过程，薄壳实现了猜想中的抓取功能。其实，在完全闭合后，薄壳本身会形成一个中空囊结构，且能用于物体抓取，而薄壳边缘就像触手一样，也能夹取物体。薄壳和薄壳边缘的结合，可实现模拟人手的 “握” 与 “捏” 的功能，而且还能轻易抓取类似果冻这种表面光滑、易损坏、易变形的物体。此外，薄壳的结构非常简单，它的尺度可放大、可缩小，也可串联使用。在缩小后可实现毫米级物体的精准抓取，形象一点说，它可以毫不费力的拾起一粒沙子。这种结构还可结合硅胶材料和铁磁性材料，从而实现以磁控的方式进行快速抓取。一般来说，虽然与刚性机械手相比，软性机械手的力传递有限，但它们的适应性更强，可对不规则形状的物体进行自主抓握和操作，特别是在紧凑空间和非结构化环境中。在各个领域的应用更加广泛，比如去深海采集标本，或者到火星地表采集样本等。在日常生活中，软性机械手可以作为抓取辅助工具，为残障人士带来福利；在食品生产上，可用于食物的自动化包装等。好了，今天的节目就到这里了，我们下期再见。