安徽
抓取和釋放，是人類之手最尋常的動作，卻是機器人至今仍在攀登的高峰。要穩穩抓起一塊石頭不難，但要溫柔地捏起一塊豆腐，再干脆利落地釋放一根頭發絲，同時還能適應水下、空中各種環境——這幾乎是給機器人出的一道“既要、又要、還要”的難題。
在自然界中，單細胞生物變形蟲給出了一個絕妙的答案。它能像液體一樣流動，通過改變自身形態包裹并捕獲各種形狀和大小的獵物。
以此為靈感，蘇州大學李相鵬、孫立寧教授團隊聯合中國科學技術大學張世武教授、澳大利亞新南威爾士大學唐詩楊教授、伍倫崗大學李衛華教授等國際團隊，成功研發出一種基于功能液態金屬的通用抓手（LiMU）。
相關研究成果《Liquid metal universal grippers for gentle, adaptable, multiscale manipulation》已于近日發表于國際權威學術期刊《Nature Communications》。
該研究工作得到了國家自然科學基金共融機器人重大研發計劃（92248302），江蘇省杰出青年基金（BK20231522），江蘇省高效自然科學研究重大項目（22KJA510006），蘇州市科技計劃項目（SGC202320）等項目支持。
該抓手通過電化學與磁場協同調控，實現了從皮克級到百克級物體的超柔順抓取與主動釋放，在微納尺度物體操控中釋放加速度高達42G，刷新了機器人釋放速度的世界紀錄，操作接觸壓力低至10 Pa，是現有報道中的最低水平，為機器人微操控提供了全新范式。
LiMU抓手設計及其表面張力調控機理
抓手的核心是一個3D打印的柔性硅膠腔體，內部填充著功能性液態金屬（FLM）。
研究團隊采用仿植物根系設計，在腔體內壁上設計了6根微柱。微柱表面粘附銅粉，與液態金屬中的鎵形成牢固的Cu-Ga金屬鍵。單根微柱能提供0.34 N的粘附力，6根聯手，足以將FLM液滴牢牢錨定在腔體內，即使抓取上百克的物體也不會脫落。
更精妙的是藏在腔壁里的“液體輸送系統”：厚1 mm的電解質夾層通過直徑800μm的微通道與腔體內壁相連，內壁貼附的多孔紗布吸收電解液，為FLM提供局部的電解質環境，讓FLM在空氣中也能實現電化學調控。
01.
“弓弩式”主動釋放：42G彈射，6毫秒甩掉頭發絲
首先，這款抓手解決的是“放”開物體的問題。
傳統機械抓手在釋放微米級物體時，常因范德華力、毛細力等微尺度效應而難以脫離。
LiMU抓手首次揭示了一種基于表面張力調控的主動釋放機制：通過電化學還原使液態金屬恢復高表面張力，形變后的液態金屬如同拉滿的弓弩，在毫秒級時間內將包裹的微小物體“彈射”出去。
相關實驗驗證，對于直徑70微米、重0.05毫克的人類發絲，LiMU抓手可在6毫秒內將其加速至696毫米/秒（約8700倍體長/秒），峰值加速度達42G。
值得注意的是，這一指標不僅遠超現有機器人抓手，也位列自然界生物與人工致動器中的最快釋放速度之一。
LiMU抓手主動釋放
02.
橫跨14個數量級，皮克級到百克級物體穩定抓取釋放
這個抓手的另一個能力，是它的操作跨度。
得益于液態金屬表面張力的寬范圍調控（從約700 mN/m降至接近零），LiMU抓手可實現對從10?12克（皮克級）到102克（百克級）物體的穩定抓取與釋放，覆蓋了微納顆粒、生物細胞、電子元件到日常物品的全尺度范圍。
研究中，抓手成功抓取了微型LED芯片（0.1 mg）、玻璃微纖維（0.58 μg）、二氧化硅微球（1.21 pg）等微納物體，并實現了無損釋放。
LiMU抓手跨尺度多樣操控
03.
10帕超低接觸壓力，無損轉運豆腐和魚苗
抓得住重物不稀奇，抓得住脆弱的東西才是真功夫。
LiMU抓手執行操作時的接觸壓力最低可降至約10帕，為已有報道中的最低水平，遠低于大多數脆弱生物組織（如軟體動物、豆腐、葡萄藻）的屈服極限。
具體實驗中，抓手無損轉運日本豆腐、金魚幼苗，甚至蒲公英花，并對200枚斑馬魚胚胎實現了99%成功率的高效操控，后續發育與對照組無顯著差異，可見其優異的生物相容性。
LiMU抓手超低接觸壓力
04.
適應多種環境，毫秒極抓取動態物體
更厲害的是，無論環境怎么變，它都能快速反應。
聯合團隊設計了一種“環境無關的表面活性調控機構”，通過多孔表面與微通道結構，使抓手在空氣、海水、酸堿溶液等多種環境中均能穩定工作。
同時，抓手可在200毫秒內捕獲快速爬行的蟑螂，并能進行無視覺輔助的無序抓取任務，展現出極強的動態適應能力。
LiMU抓手動態抓取
總體而言，LiMU抓手在適應性、多尺度操作、低接觸壓力和快速操控速度等方面均展現出優于現有機器人抓手的顯著性能，為應對各類長期存在的操控挑戰提供了一種全新的解決方案。從生物樣本操作、單細胞手術，到微納組裝、深海探測，其應用場景正在打開。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-70313-6
特別聲明：以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布，本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
