近日北卡罗来纳州立大学的研究人员成功研发出一种软机械手装置，不仅足够轻柔，能够轻松夹起一滴水；同时也非常强大，能够稳健地提起6.4公斤的重物；更加灵巧，可以折叠布料；同时精准度高，甚至可以夹起比人类头发还细20倍的微薄膜。这项研究不仅可以潜在的用于工业机器人，还可将该装置与肌电信号控制技术相结合，展示了它在机械假肢领域的潜力（图1）。

　　“开发一种单一的软性机械手，能够同时处理超软、超薄和超重物体之间的强度、精准度和轻柔度是一项相当具有挑战性的任务。”北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程副教授，同时也是这项研究的通讯作者尹杰说。“我们的设计成功地实现了这些特性的出色平衡。”

　　新型软机械手的设计灵感来自于剪纸艺术，这与之前一代的柔性机器人手不同，它们通过剪切和折叠二维材料以形成三维形状。

　　“虽然我们的新型软机械手同样采用了剪纸技术，但与之前的设计有很大的区别，因为我们从之前的设计中学到了很多经验。”该论文的第一作者洪尧烨博士说。“我们改进了基本结构本身，同时优化了机械手的运动轨迹——也就是机械手抓取物体时的路径。” 抓取轨迹类似于黄瓜藤的形状（图2），在抓取过程中尖端翘起，这样非常有利于精准抓取，比如桌面上的薄片以及比头发丝还细的细丝等。

　　这种新设计之所以能够实现高强度和轻柔度，是因为它能够在软机械手的结构中合理分配力量。

　　“机械手的强度通常通过负载重量比来衡量。”尹杰说。“我们的软机械手重量只有0.4克，却可以轻松举起6.4公斤的重物。这意味着负载重量比约为16,000，比之前记录的6,400高出2.5倍。再加上其轻柔和精准的特性，这些软机械手展现出在广泛应用领域的潜力。”

　　新技术的另一个优点是，它的吸引力主要来自其结构设计，而不仅仅是所用材料。

　　“实际上，你可以用可生物降解的材料来制造软机械手，例如坚固的植物叶片。”洪尧野说。“这在只需要短时间内使用机械手的应用中尤为有用，例如处理食物或生物医学材料。我们已经证明了这些机械手可以处理尖锐的医疗废物，例如针头。”

　　研究人员还将软机械手装置与肌电假肢手控制技术相结合，使得假肢通过肌肉活动来实现控制。

　　“这种软机械手为一些现有假肢难以完成的任务提供了增强功能，例如拉拉链，捡起硬币等。”该论文的共同作者之一，北卡罗来纳州立大学生物医学工程系黄鹤教授说。“新型软机械手虽然不能取代所有现有假肢手的功能，但可以作为其它功能的有力补充。而且软机械手的一个优点是，不需要更换或增加机器人假肢中现有的驱动电机，只需利用现有电机便可使用机械手。”

　　在概念验证测试中，研究人员证明了软机械手可以与肌电控制假肢手一起用于翻动书页、采摘葡萄以及拉开一个环形的拉链等。

　　该软机械手有望在机械假肢、食品加工、制药和电子制造等领域具有广泛的潜在应用价值。

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