供稿人：郑誉 连芩 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2022-12-20
章鱼将可控粘合剂与复杂的嵌入式传感、处理和控制相结合，以操纵水下物体。当前基于合成粘合剂的机械手通常在没有传感或控制的情况下手动操作，并且激活和释放粘附力的速度较慢，这限制了系统级操作。爱荷华州州立大学Sean等人[1]将可切换、章鱼灵感的粘合剂与嵌入式传感、处理和控制结合起来，实现强大的水下操作。使用主动控制膜，在<50 ms的时间内，从开启状态到关闭状态的粘附开关比超过450倍。粘合剂几何形状的系统设计使其能够以低预载粘附在非理想表面，并独立控制粘合强度和粘合韧性，实现牢固可靠的附着和轻松释放。
图1 （A）章鱼粘附系统及其启发 （B）带有集成微型激光雷达光学传感器的合成粘合剂 （C）气动粘附膜的不同状态 （D）从开启状态到关闭状态的粘附开关比超过450倍
这种灵感来源于章鱼的粘合剂系统的一个功能是实时物体检测和快速切换的粘合剂。粘合元件由柔顺的硅胶柄组成，硅胶柄上覆盖着一层柔软的气动薄膜，用于控制粘合。这些粘附元件与一系列微光检测和测距光学传感器以及用于实时物体检测和粘附控制的微控制器紧密集成。这种紧密集成的系统模仿神经系统，使系统能够智能地控制多个粘合元件，以实现在干燥和潮湿环境中的灵活操作。以调整吸盘通过杆结构的顺应性，可以通过减少预载实现对斜角基板的可靠连接，并独立控制粘合强度和分离工作，在非理想条件下提供可靠的粘合。传感器、处理和控制与快速可切换粘合剂的紧密集成为在不预先了解环境的情况下在紧凑系统中灵活操作水下物体创造了新的机会。这一功能在可穿戴的粘性手套中得到了演示，模拟了头足类的高级操作、传感和控制，并为合成水下粘性皮肤提供了一个平台，该皮肤可以可靠地操作各种水下物体。
图2 粘性手套抓取各种物品