供稿人：鄭譽(yù) 連芩 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jī)械手通常在沒有傳感或控制的情況下手動(dòng)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(jí)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(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的水下操作。使用主動(dòng)控制膜，在<50 ms的時(shí)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(jì)使其能夠以低預(yù)載粘附在非理想表面，并獨(dú)立控制粘合強(qiáng)度和粘合韌性，實(shí)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(dá)光學(xué)傳感器的合成粘合劑 （C）氣動(dòng)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(gè)功能是實(shí)時(shí)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(dòng)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(shí)時(shí)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(gè)粘合元件，以實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)斜角基板的可靠連接，并獨(dú)立控制粘合強(qiáng)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(jī)會(huì)。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(jí)操作、傳感和控制，并為合成水下粘性皮膚提供了一個(gè)平臺(tái)，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