研究人员发明了用于危险液体清理的机器人液滴操纵器

科罗拉多州立大学的研究人员成功地制造出了第一个能够控制单个液滴的柔性机器人抓手。

　　

   

   

图片:这些照片展示了液滴机械手处理各种不同液体的能力。    

来源:孙杰峰/科罗拉多州立大学

根据皇家化学学会杂志《材料视野》最近的一篇文章，CSU的研究人员已经成功创造了第一个能够操作单个液滴的软机器人抓取器。

这一突破是加州大学机械工程系两个不同实验室合作的产物。该技术通过结合软机器人技术和超疏水性涂料两种应用技术来实现。

这种软机械臂由廉价的材料制成，如尼龙纤维和胶带。它由带电的人造肌肉提供动力。这种组合可以用来生产轻便、廉价的钳子，能够完成精细的工作，但在同样的重量下，它的肌肉强度是人类肌肉的100倍。

结果是，我们对机器人是什么以及它能做什么的文化概念完全背道而驰。

传统的机器人由沉重、坚硬、昂贵的部件组成。这使得它们不适合从事某些任务。

另一方面，软机器人可以很轻，并提供传统机器人难以实现的温柔触感。它们的重量要轻得多，生产成本也只是硬质合金的一小部分。

“一个和我手指一样大的钳子，包括嵌入的人工肌肉，重量是一两克。而且它很便宜——只要一两美元，”机械工程系自适应机器人实验室的博士后孙杰峰说，他也是这篇论文的共同第一作者。

软机器人抓手处理了一种新颖的超疏水性涂层，使液滴机械手成为可能。这种超疏水性涂层可以抵抗几乎所有类型液体的润湿，即使在接触表面倾斜或移动的动态情况下也是如此。当应用到柔性机械臂上时，涂层使其能够在不破坏液滴表面张力的情况下与液滴相互作用，因此它可以抓住、运输和释放单个液滴，就像它们是柔性固体一样。

用于液滴操纵器的超疏水性涂层是由CSU副教授Arun Kota(现就职于北卡罗莱纳州立大学)和博士后王伟(现任职于田纳西大学助理教授)共同开发的。王和Kota对本文也有贡献。

“这是两种研究之间非常好的协同作用。Kota博士正在研究这种非常好的涂层，而我们正在研究这种软机器人，以操纵液滴，所以我们认为这可能是一个很好的组合，”合著者赵建国说，他是加州州立大学机械工程副教授和自适应机器人实验室主任。

在研究的早期阶段，该团队很难吸引期刊编辑的注意。COVID-19大流行提供了一个机会，可以指出它们的发明潜力。

“由于大流行，处理危险的感染材料是一个热门话题。所以我们在第一次修改后增加了一个血液操纵实验。”“这在某种程度上帮助我们通过了审查过程。”

廉价材料和创新能力的结合具有令人兴奋的应用。在许多液体泄漏的情况下，由于毒性、传染风险或环境中的其他危害，人类清理可能是危险的。这些液滴操作器足够便宜，可以一次性使用，但有能力进行精确的、无损的液体清理工作，其他机器人从未做过。

“这是第一次，但它也是一个非常不寻常的高科技产品的例子，而不是非常昂贵”。