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  長(zhǎng)期的水下任務(wù)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的減壓病 (DCI)。2011 年美國(guó)勞工統(tǒng)計(jì)局記錄，潛水員的平均職業(yè)死亡率是全國(guó)平均職業(yè)死亡率的 38 倍。水下捕撈是潛水員的典型任務(wù)之一。使用水下機(jī)器人加抓取手代替潛水員可以有效減少對(duì)潛水員的健康傷害，提高水下作業(yè)的效率。然而，開(kāi)發(fā)具有自適應(yīng)抓取和感應(yīng)能力的機(jī)器人抓取手始終具有挑戰(zhàn)性。

  近日，北京大學(xué)謝廣明教授課題組在國(guó)際期刊Advanced Science上發(fā)表了題為“Glowing Sucker Octopus (Stauroteuthis syrtensis)-Inspired Soft Robotic Gripper for Underwater Self-Adaptive Grasping and Sensing”的研究論文，介紹了一種靈感來(lái)自于發(fā)光章魚(yú) (Stauroteuthis syrtensis) 的軟體抓取手，可以實(shí)現(xiàn)水下的自適應(yīng)抓取和感應(yīng)。

  大多數(shù)章魚(yú)只有柔性手臂，表面分布有粘性吸盤(pán)。不同的是發(fā)光章魚(yú)的背膜覆蓋了它的大部分臂長(zhǎng)，形成獨(dú)特的傘形，這樣的特點(diǎn)可以通過(guò)防止動(dòng)物從手臂間隙逃逸并增加抓取摩擦力來(lái)有效提高大物體和活體動(dòng)物的抓取可靠性。在這項(xiàng)研究中，受發(fā)光章魚(yú)捕食行為的啟發(fā)，并借助 3D 打印和模塊化澆注技術(shù)開(kāi)發(fā)了一種新型軟體抓取手，其幾何結(jié)構(gòu)和抓取能力與發(fā)光章魚(yú)相似。 

  該抓取手可以利用吸嘴被覆蓋時(shí)發(fā)生的流量變化而產(chǎn)生觸覺(jué)感知能力，分辨出各種物體的尺寸。因此，在渾濁的水下環(huán)境中，當(dāng)機(jī)器視覺(jué)失效時(shí)，該抓取手的觸覺(jué)可以發(fā)揮重要作用。

  該抓取手具有出色的吸力和抓取能力，可以產(chǎn)生單獨(dú)吸力抓取，單獨(dú)吸盤(pán)閉合抓取及吸力和吸盤(pán)閉合共同作用抓取的三種抓取模式。實(shí)驗(yàn)展示了該抓取手可以抓取多種形狀（平面或非平面）和尺寸的物體、散落的多個(gè)物體、活體（烏龜和金魚(yú)）、超重物體和超出抓取范圍的物體等。

  此外，由于吸盤(pán)由柔軟的硅膠材料制成，因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水下動(dòng)物的無(wú)損抓取。所抓取的動(dòng)物都可以通過(guò)打開(kāi)抓取手吸盤(pán)回到水中自由游泳。

  該仿生軟體抓取手由吸盤(pán)產(chǎn)生吸力與閉合進(jìn)行抓取形成的獨(dú)特的混合抓取模式，使得其無(wú)論是在空氣中還是水下都展示出了出色的抓取能力。未來(lái)，該抓取手在水下打撈、物流分類、流水線上異類物體的選擇和放置等方面將具有廣闊的應(yīng)用潛力。

  論文的第一作者是謝廣明教授課題組的博士生武明信，通訊作者是謝廣明教授和鄭興文博士，合作單位包括中山大學(xué)、英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院、荷蘭格羅寧根大學(xué)等。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委和南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（廣州）的經(jīng)費(fèi)資助。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202104382