壁虎式粘合剂有助于柔软的机器人手指获得更好的抓地力

加利福尼亚州的一个研究小组开发了一种机器人抓手，它结合了壁虎脚趾的粘性特性和气动软机器人的适应性，可以抓住比现有技术更多种类的物体。

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展示他们的研究成果。该夹具可以举起45磅。并可用于从工厂车间到国际空间站的各种环境中抓取物体。

壁虎被称为大自然最好的登山者，因为他们的脚趾上有一个精致的抓握机制。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用一种称为壁虎式粘合剂的合成材料重建了这种机制。这种材料主要用于墙壁等平面。在当前的工作中，研究人员与加州大学圣地亚哥分校的工程师联手。该团队用柔软的机器人手指涂上了壁虎粘合剂，使其能够更牢固地抓住各种物体，包括管道和马克杯，同时仍然能够处理像岩石这样的粗糙物体。夹持器还可以抓住各种位置的物体，例如以许多不同的角度夹持杯子。

研究人员证明，抓手可以抓住和操纵粗糙，多孔和肮脏的物体，如火山岩 - 这一任务通常对壁虎粘合剂具有挑战性。它还能够拾取大型圆柱形管道 - 这是软机器人夹具通常很难完成的任务。

壁虎是大自然中最好的登山者之一，这得益于数以百万计的微小毛发，其特征比人类头发小20至30倍，几乎可以在任何表面上攀爬。头发以微小的纳米结构结束，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，使得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，并表明这些粘合剂保留了许多与激发它们的动物脚趾相同的特性。

由于壁虎粘合剂由表面之间的分子相互作用提供动力，因此当它们具有大的接触表面积时它们效果最佳。用这些粘合剂涂抹软机器人手指的内部可以最大化它们接触的表面积，确保更好的抓地力。

工程团队在本文中解决了两个不同的问题。

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与任何物体表面保持恒定接触。气动软指的一个常见问题是它们在充气时往往会在中间凸出，从而减少了这种表面接触。

Glick在20世纪70年代发现了一项研究，提供了在设计过程中解决问题所需的方程式。这使研究人员能够使抓手沿着整个手指长度施加正确的力。

其次，研究人员专注于在不平坦的表面上分布力，以优化壁虎式粘合剂的性能。研究人员找到了一种沿着柔软，柔韧的夹具分布力的方法，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实现这一点，该织物可以轻松弯曲但抵抗拉伸以支撑更大的负载。指状物刚性地夹在基座上，这使易拉伸的硅树脂不会变形超过所需的程度。这种柔软和坚硬材料的结合使夹具能够承受许多物体，同时承受很大的力。

壁虎粘合剂本身是通过三步法制成的。使用光刻工艺在洁净室中制造具有数百万个微观结构的原始主壁虎粘合剂模具。然后，可以以低成本制造母模的蜡副本。然后，研究人员可以通过使用称为旋涂的工艺，从蜡模中制作尽可能多的粘合片副本。这允许它们在一小时内制成10到20个粘合片。同时，柔软的机器人抓手本身采用3D打印模具铸造而成，并由硅基橡胶制成。

该研究的后续步骤包括开发利用粘合剂的抓取算法，并研究该夹具在零重力和空间操作中的使用。