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1、仿生吸盤(pán)

由于常規(guī)吸盤(pán)多針對(duì)特定的工件要求，多適用于平整光滑的平面，適應(yīng)的工件形狀種類(lèi)少。為了適應(yīng)多種工件的夾持需求，基于海洋軟體生物靈感，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)仿生吸盤(pán)進(jìn)行了研究。

Frank W. Grasso等分析了章魚(yú)吸盤(pán)的特點(diǎn)，并指出制造的人工吸盤(pán)必須滿(mǎn)足三個(gè)功能：

人工吸盤(pán)必須滿(mǎn)足三個(gè)功能

①具有漏斗狀結(jié)構(gòu)提供表面密封以適應(yīng)任意幾何表面;

②具備人工吸盤(pán)結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生吸著所需負(fù)壓力;

③外部肌肉使得被吸著的表面能隨機(jī)械臂自由旋轉(zhuǎn)。

周利坤等用仿生學(xué)原理和真空吸附原理，以三種仿生凹形漏斗吸盤(pán)結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)，結(jié)合章魚(yú)吸盤(pán)平行或并列規(guī)則布局的特點(diǎn)，通過(guò)力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，胎面吸盤(pán)式花紋絕大部分與冰面發(fā)生有效吸附，可確保提供足夠的吸附力，提高汽車(chē)在冰面上的防滑能力。

但是，因?yàn)檎卖~(yú)吸盤(pán)的肌肉組織數(shù)目龐大、緊密填滿(mǎn)，并具有三維結(jié)構(gòu)特征，人工加工難度較大。美國(guó)科學(xué)家用復(fù)合材料3D打印技術(shù)制作人工吸盤(pán)樣品，每個(gè)吸盤(pán)只有指甲蓋大小(圖4)，并使用這樣的吸盤(pán)在陸地上進(jìn)行了吸著實(shí)驗(yàn)?？茖W(xué)家們預(yù)測(cè)，這樣的吸盤(pán)在水下使用時(shí)，性能可能進(jìn)一步提升，因?yàn)樗畨耗芴峁└蟮膲毫Α?/p>

對(duì)于機(jī)器人的執(zhí)行末端，制造像章魚(yú)吸盤(pán)那樣的人造裝置，需要制作大量的如章魚(yú)組織的人工肌肉單元，技術(shù)難度較高，也需要較高的加工成本。為了找到更易實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，Jingping Hou等研究了魷魚(yú)吸盤(pán)的仿生結(jié)構(gòu)特性，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)并制作了人工魷魚(yú)吸盤(pán)(圖5)，可用于軟體機(jī)器人末端執(zhí)行器。

隨著氣動(dòng)技術(shù)、生物技術(shù)和材料技術(shù)的融合，仿生真空吸取技術(shù)方興未艾，這類(lèi)新興的仿生吸盤(pán)，使用人工彈性材料，模擬海洋軟體生物變形和吸著。與常規(guī)吸盤(pán)相比，仿生吸盤(pán)能耗更少，適應(yīng)性更強(qiáng)，有著良好的發(fā)展前景。

2、吸盤(pán)變形產(chǎn)生真空度

改變吸著容積，從而改變吸著腔壓力的方法是另一種真空吸取力產(chǎn)生方法。彈性體材料圍成一個(gè)密閉容腔，彈性體材料變形，使吸盤(pán)內(nèi)腔室容積改變，以產(chǎn)生負(fù)壓。胡冰山等設(shè)計(jì)了帶偏置彈簧的偏動(dòng)式SMA彈簧驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)仿生負(fù)壓吸盤(pán)(圖6)，建立了該吸盤(pán)的理論模型，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論模型，吸盤(pán)內(nèi)的負(fù)壓可達(dá)約12kPa，且能耗更少。

3、吸盤(pán)材料優(yōu)化

除了負(fù)壓抽吸、改變吸著容積等方法獲得一定的真空度，吸盤(pán)的材料性質(zhì)和吸著面的微結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)吸著效果產(chǎn)生一定的影響。

Follador等采用絕緣彈性材料來(lái)模擬肌肉柱狀纖維束結(jié)構(gòu)，以形成緊密的吸著和密封。Tramacere等比較了吸著面的微小褶皺構(gòu)造對(duì)吸著效果的影響，在水下靜態(tài)吸著實(shí)驗(yàn)中(圖7)，液體的種類(lèi)及雜質(zhì)、水溫、吸盤(pán)吸著面的材質(zhì)特性都會(huì)影響吸著效果。根據(jù)章魚(yú)吸盤(pán)的解剖結(jié)構(gòu)，除了依靠頂端的空腔和柔軟的側(cè)邊來(lái)制造壓力(差)來(lái)形成密閉的真空以外，小吸盤(pán)材料也有特別之處?；陲@微鏡和顯微CT(微計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù))的觀察結(jié)果，吸盤(pán)的側(cè)面和邊緣生長(zhǎng)著細(xì)小的同軸排列的纖維叢，有助于在水底凹凸不平的表面上制造密閉真空。

結(jié)語(yǔ)

隨著研究的深入和技術(shù)的進(jìn)步，合理利用新技術(shù)和新方法，能優(yōu)化吸盤(pán)結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)吸取效果，推動(dòng)接觸式真空吸取技術(shù)朝著多工況適應(yīng)、多形狀?yuàn)A持、高效節(jié)能等方向發(fā)展。