中国科学家开发“扁豆”缠绕型软机器人，最小可抓取1毫米物体，光纤扭曲传感器提供实时反馈
还记得电影《普罗米修斯》中的场景吗？
从一滩软泥中升起了一条燃烧的外星蛇，当生物学家米尔伯恩去触碰它，这条蛇突然充满敌意的缠在他的手臂上。
盘绕的蛇、章鱼的手臂、大象的鼻子，这些灵活有力的生物机制启发了许多软体机器人的诞生。
有类似盘旋机制的还有植物。
来自中国的女科学家，Mei Yang，目前在佐治亚大学工程学院读博士，她的家中后院种下了一根柔软又极具韧性的扁豆——扁平的豆荚和纤细的枝条可以将自己卷曲在棍棒或树枝上，让自己向天空生长。
以此为灵感，Mei Yang及研究团队开发了一款“扁豆”螺旋软机器人，来模仿这种盘旋弯曲的机制，它可以在狭窄的操作空间内牢牢抓住小目标，能够轻柔地抓取直径小至 1 毫米的物体。
▍“扁豆”的多项优势：嵌入式传感器提供实时反馈
这款“扁豆”软体机器人与现有机器人设备相比具有多项优势。
它由硅胶制成，长度大概只有8厘米，包含一个螺旋气道，一泵气就可以整齐地盘旋成螺旋形状。有了它，机器人可以抓住许多东西，就像一串攀缘植物，而抓取力也可以根据空气量而变化。
“我们机器人的缠绕动作只需要一个气动控制，通过消除多个气动控制之间复杂协调的需要，大大简化了其操作，”研究团队表示 “由于我们使用了独特的缠绕运动，软体机器人抓手在狭窄的区域内工作良好，只需要很小的操作空间。”
和许多现有机器人技术相比，“扁豆”还拥有另一项优势：嵌入式传感器，可提供关键的实时反馈。
要能嵌入软体机器人内部，这对传感器的要求非常高，要重量轻，体积小，还要有足够的韧性以充分应对软体机器人的灵活运动，Mei Yang一开始想到了聚合纤维，但聚合物纤维和软体机器人的硅胶材料之间存在杨氏模量差异，在嵌入很可能会出现“分层”的状况。
最终，研究团队选择了玻璃纤维传感器，他们将其嵌入在“扁豆”机器人的弹性脊柱中间，该传感器是采用 Sagnac 环路配置的高双折射 (HiBi) 光纤，可有效感应扭曲角、目标物体的直径以及外部扰动的存在。
▍最小可抓取1毫米的物品
接下来，研究人员测试了“扁豆”机器人安全夹持各种直径目标物体的能力，以及光纤传感器监测的缠绕过程，该设备展示了出色的可重复性、高缠绕感测精度和精确的外部干扰检测。
“扁豆”机器人可以在 0.67 MPa气压下完成540° 的缠绕，这种缠绕可以轻松且有效地夹住各种圆柱形的目标物体，包括 1 毫米的拉直后的回形针、4 毫米的画笔和 8 毫米的铅笔，并且可以通过灵敏的光线传感器观察机器人功率变化。
“扁豆”机器人能夹持的最小物体直径为 1 mm，这是由机器人螺旋结构的空心区域的直径决定的。此外，在物体开始从机器人手中滑落之前，最多可以夹持 60 g的重量。
研究人员表示，他们的“扁豆”机器人可用于许多环境，它可能擅长绘画、采摘蔬菜、水果或鲜花，或在手术期间协助医疗部门。未来，他们希望机器人可以在每次反馈中进行“学习”，以获得更精准的抓取。
【参考链接】
https://www.osapublishing.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-28-23-35158&id=442320#articleBody