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壁虎风格的粘合剂可帮助柔软的机器人手指获得更好的抓地力

2022-01-21 19:12:50  亚迅娱乐网

壁虎风格的粘合剂可帮助柔软的机器人手指获得更好的抓地力

加利福尼亚的一个研究人员团队开发了一种机器人抓手,该抓手结合了壁虎脚趾的粘合特性和气动软机器人的适应性,可以抓握比现有技术更广泛的物体。

研究人员将于5月21日至25日在澳大利亚布里斯班举行的2018年机器人与自动化国际会议上发表他们的发现。该夹具可以举起45磅从工厂车间到国际空间站,它可以用来在各种环境中抓取物体。

壁虎因其脚趾上的精密抓握机制而被誉为自然界最好的登山者。在之前的工作中,斯坦福大学和喷气推进实验室的研究人员使用一种称为壁虎胶的合成材料重新创建了这种机理。这种材料主要用于平坦的表面,如墙壁。在当前的工作中,研究人员与加利福尼亚大学圣地亚哥分校的工程师携手合作。

该小组用壁虎粘合剂为柔软的机器人抓手的手指涂上一层胶,使它能够牢固地抓握各种物体,包括管子和杯子,同时仍然能够处理粗糙的物体,例如岩石。抓取器还可以在各种位置抓取物体,例如以许多不同的角度抓取杯子。

研究人员证明,抓爪可以抓握和操纵粗糙,多孔和肮脏的物体,例如火山岩,这对于壁虎粘合剂来说通常是一项艰巨的任务。它还能够拾取大的圆柱形管道,这对于柔软的机器人抓手通常很难完成。

该论文的第一作者,博士学位的保罗·格里克说:“我们意识到软机器人技术和壁虎粘合剂这两个组成部分可以很好地互补。” 圣地亚哥加州大学雅各布斯工程学院生物启发机器人与设计实验室的学生。

壁虎是自然界最好的攀岩者之一,这要归功于数以百万计的细毛,其特征是人类头发的20至30倍,几乎可以在任何表面上攀爬。毛发末端是微小的纳米结构,这些纳米结构在原子水平上与壁虎试图抓住的表面上的分子相互作用。

这种相互作用由所谓的范德华力驱动,使壁虎的脚趾可以根据需要轻松地附着和分离。JPL的研究人员使用合成材料和类似的微观特征阵列来利用范德华力的力量,并表明这些胶粘剂保留了许多与激发它们的动物脚趾相同的特性。

由于壁虎粘合剂受表面之间的分子相互作用的影响,因此当它们具有较大的接触表面积时,它们会发挥最佳作用。用这些粘合剂在柔软的机器人手指的内部涂膜,可以使它们接触的表面积最大化,从而确保更好的抓地力。

工程团队解决了本文中的两个不同问题。

研究人员在JPL的机械手臂上安装了经过稍加修改的抓爪版本,他们证明了它可以举起45磅的重物。

首先,加州大学圣地亚哥分校的研究人员着手确保抓手的手指保持与任何物体表面的持续接触。气动软手指的一个常见问题是,充气时软手指往往会在中间鼓起,从而减少了这种表面接触。

Glick发现了一项从1970年代开始的研究,该研究提供了解决设计过程中问题所需的方程。这使研究人员能够使抓具在手指的整个长度上施加正确的力。

其次,研究人员专注于在不平坦的表面上分配力,以优化壁虎胶粘剂的性能。研究人员找到了一种沿着柔软,灵活的抓手分配力的方法,同时保持了粘合剂所需的制造精度。

该团队通过使用嵌入手指中的高强度织物来做到这一点,该织物可以轻松弯曲但可以抵抗拉伸以支撑更大的负荷。

手指被牢固地夹在底座上,这可以防止易拉伸的有机硅变形超出所需的范围。柔软和坚硬的材料相结合,使抓取器能够适应许多物体,同时承受很大的力。

抓手可以轻松操纵杯子等物体,壁虎粘合剂本身是通过三步过程制成的。使用光刻工艺,在无尘室中制作具有数百万个微观结构的原始壁虎胶粘剂母模。

然后,可以以低成本制造母模的蜡复制品。然后,研究人员可以使用一种称为旋涂的方法,根据需要从蜡模中复制任意数量的副本。

这样一来,他们可以在一小时内制作10至20张粘合纸。同时,柔软的机械手本身也铸在3D打印模具中,并由硅橡胶制成。

该研究的下一步包括开发利用胶粘剂进行抓取的算法,并研究这种夹具在零重力和空间操作中的使用。

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