供稿人：鄭譽 連芩 供稿單位：西安交通大學(xué)機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室 發(fā)布日期：2022-12-20
章魚將可控粘合劑與復(fù)雜的嵌入式傳感、處理和控制相結(jié)合，以操縱水下物體。當(dāng)前基于合成粘合劑的機械手通常在沒有傳感或控制的情況下手動操作，并且激活和釋放粘附力的速度較慢，這限制了系統(tǒng)級操作。愛荷華州州立大學(xué)Sean等人[1]將可切換、章魚靈感的粘合劑與嵌入式傳感、處理和控制結(jié)合起來，實現(xiàn)強大的水下操作。使用主動控制膜，在<50 ms的時間內(nèi)，從開啟狀態(tài)到關(guān)閉狀態(tài)的粘附開關(guān)比超過450倍。粘合劑幾何形狀的系統(tǒng)設(shè)計使其能夠以低預(yù)載粘附在非理想表面，并獨立控制粘合強度和粘合韌性，實現(xiàn)牢固可靠的附著和輕松釋放。
圖1 （A）章魚粘附系統(tǒng)及其啟發(fā) （B）帶有集成微型激光雷達光學(xué)傳感器的合成粘合劑 （C）氣動粘附膜的不同狀態(tài) （D）從開啟狀態(tài)到關(guān)閉狀態(tài)的粘附開關(guān)比超過450倍
這種靈感來源于章魚的粘合劑系統(tǒng)的一個功能是實時物體檢測和快速切換的粘合劑。粘合元件由柔順的硅膠柄組成，硅膠柄上覆蓋著一層柔軟的氣動薄膜，用于控制粘合。這些粘附元件與一系列微光檢測和測距光學(xué)傳感器以及用于實時物體檢測和粘附控制的微控制器緊密集成。這種緊密集成的系統(tǒng)模仿神經(jīng)系統(tǒng)，使系統(tǒng)能夠智能地控制多個粘合元件，以實現(xiàn)在干燥和潮濕環(huán)境中的靈活操作。以調(diào)整吸盤通過桿結(jié)構(gòu)的順應(yīng)性，可以通過減少預(yù)載實現(xiàn)對斜角基板的可靠連接，并獨立控制粘合強度和分離工作，在非理想條件下提供可靠的粘合。傳感器、處理和控制與快速可切換粘合劑的緊密集成為在不預(yù)先了解環(huán)境的情況下在緊湊系統(tǒng)中靈活操作水下物體創(chuàng)造了新的機會。這一功能在可穿戴的粘性手套中得到了演示，模擬了頭足類的高級操作、傳感和控制，并為合成水下粘性皮膚提供了一個平臺，該皮膚可以可靠地操作各種水下物體。
圖2 粘性手套抓取各種物品