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Science封面：中國科學家用塑料瓶剪紙製作柔性機械手，可實現毫米級精確抓取

2021-06-02 13:39:07

大資料文摘授權轉載自《機器人大講堂》

提到塑料瓶和剪紙，是不是讓你想起了小時候的手工課？

你敢信嗎？就是這兩樣簡單的東西，居然登上了頂級期刊《Science》的封面！

中國科學家楊溢，將塑料瓶和中國剪紙藝術結合起來，研發出一款柔性剪紙機械手。

螺絲釘、小夾子等微小物體可以精確抓取。

溫柔的夾取樹莓，不用擔心水果表面被磕碰。

圓圓滾滾的玻璃珠也跑不掉啦！

一個一個的夾是不是有點慢，串聯+並聯混合夾取更方便！

小到螺絲釘，大到礦泉水瓶都能夾：

剪紙藝術獲靈感，毫米級精確抓取

中國的古老剪紙藝術已傳承多年，用剪刀將紙剪裁、鏤空成各種各樣的圖案，給人在視覺上以透空的感覺和美好的藝術享受。

鏤空的剪紙在外力之下會發生變形，進而會產生一些動態效果，如彎曲和旋轉。中國科學家楊溢正是以此為靈感，把剪紙幾何圖形作為一種設計方式，把剪紙切紋進行了排列，利用鐳射切割得到薄殼剪紙結構。

這種結構在外力作用下會發生屈曲變形。在完全變形後，薄殼本身會形成一個空囊結構，類似於人手的「握」與「捏」功能，就像觸手一樣，能夠輕易抓取水果、玻璃球、甚至果凍這種表面光滑、易損壞、易變形的物體。

而且尺寸可放大、可縮小，在縮小後可實現毫米級物體的精準抓取，還能通過串聯並聯實現長度不同、和多個物體同時抓取。

薄殼剪紙結構的變形是動態可復原的，也就是說可抓握-放開無數次，材料則使用了PET塑料板製作，也就是我們平時用的礦泉水瓶材料，非常節能。

無束縛遠端磁場快速驅動

除了能精確抓取毫米級物體外，它還被賦予了更智慧的功能。

如果將剪紙結構的兩端換成具有鐵磁力的PDMS材料，就能使用遠端磁場快速驅動小夾具的開關。

來看看它被賦予了靈魂後的表現如何？

楊溢做了一個水下磁場試驗：將小夾具放入具有磁場的水下，讓鐵磁端（底部）的磁力與剪紙結構之間處於靜力平衡，朝水下扔一塊小石塊，當石塊碰到夾具時，它會擾亂靜力平衡，立刻呈現「抓握」狀態，在60毫秒內用磁場精準地抓住了石塊。

楊溢來自中國西安，目前在波士頓大學工程學院讀博士學位，這項研究《Graspingwith kirigami shells》發表在最近的《Science Robotics》五月刊上。他表示：「與剛性機械手相比，軟體機械手的力量雖然有限，但無論在設計還是在製造上，它們的適應性更強，結構簡單，成本更也低，體積大小可以輕易縮放，能和傳統商業機械臂結合，還可製成方便易攜的夾取工具。」

參考連結

https://robotics.sciencemag.org/content/6/54/eabd6426

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