Science封面：中国科学家用塑料瓶剪纸制作柔性机械手，可实现毫米级精确抓取
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2021-06-02 21:47
大数据文摘授权转载自《机器人大讲堂》
提到塑料瓶和剪纸，是不是让你想起了小时候的手工课？
你敢信吗？就是这两样简单的东西，居然登上了顶级期刊《Science》的封面！
中国科学家杨溢，将塑料瓶和中国剪纸艺术结合起来，研发出一款柔性剪纸机械手。
螺丝钉、小夹子等微小物体可以精确抓取。
温柔的夹取树莓，不用担心水果表面被磕碰。
圆圆滚滚的玻璃珠也跑不掉啦！
一个一个的夹是不是有点慢，串联+并联混合夹取更方便！
小到螺丝钉，大到矿泉水瓶都能夹：
中国的古老剪纸艺术已传承多年，用剪刀将纸剪裁、镂空成各种各样的图案，给人在视觉上以透空的感觉和美好的艺术享受。
镂空的剪纸在外力之下会发生变形，进而会产生一些动态效果，如弯曲和旋转。中国科学家杨溢正是以此为灵感，把剪纸几何图形作为一种设计方式，把剪纸切纹进行了排列，利用激光切割得到薄壳剪纸结构。
这种结构在外力作用下会发生屈曲变形。在完全变形后，薄壳本身会形成一个空囊结构，类似于人手的 “握” 与 “捏” 功能，就像触手一样，能够轻易抓取水果、玻璃球、甚至果冻这种表面光滑、易损坏、易变形的物体。
而且尺寸可放大、可缩小，在缩小后可实现毫米级物体的精准抓取，还能通过串联并联实现长度不同、和多个物体同时抓取。
薄壳剪纸结构的变形是动态可复原的，也就是说可抓握-放开无数次，材料则使用了PET塑料板制作，也就是我们平时用的矿泉水瓶材料，非常节能。
除了能精确抓取毫米级物体外，它还被赋予了更智能的功能。
如果将剪纸结构的两端换成具有铁磁力的PDMS材料，就能使用远程磁场快速驱动小夹具的开关。
来看看它被赋予了灵魂后的表现如何？
杨溢做了一个水下磁场试验：将小夹具放入具有磁场的水下，让铁磁端（底部）的磁力与剪纸结构之间处于静力平衡，朝水下扔一块小石块，当石块碰到夹具时，它会扰乱静力平衡，立刻呈现“抓握”状态，在60毫秒内用磁场精准地抓住了石块。
杨溢来自中国西安，目前在波士顿大学工程学院读博士学位，这项研究《Graspingwith kirigami shells》发表在最近的《Science Robotics》五月刊上。他表示：“与刚性机械手相比，软体机械手的力量虽然有限，但无论在设计还是在制造上，它们的适应性更强，结构简单，成本更也低，体积大小可以轻易缩放，能和传统商业机械臂结合，还可制成方便易携的夹取工具。”
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