近日，四川大學空天科學與工程學院蒲偉研究員團隊在柔性機器人動態(tài)目標捕獲機制方面取得重要進展，其成果在Nature子刊《Nature communications》在線發(fā)表，題為“Finger-palm synergistic soft gripper for dynamic capture via energy harvesting and dissipation”。空天學院博士研究生張印為論文第一作者，蒲偉研究員為論文通訊作者，空天學院為論文的第一完成單位和通訊作者單位。
自然界多種生物體通過能量儲存和交換的方式，保持其在受到擾動后仍然具有較好的穩(wěn)定性。例如，多足動物肌肉骨骼系統(tǒng)中的彈性儲能決定了它們的運行動力。鳥類通過向上傾斜身體并伸展腿腳以吸收鳥類棲息時的動能來保持機體平衡。人類靈巧的手能夠通過肌肉、骨骼和皮膚等多種組織的協(xié)同作用，牢牢抓住快速飛行的籃球或手球。傳統(tǒng)的剛性機器人（機器），常采用一些緩沖裝置，如典型的彈簧連桿機構、阻尼器等，來吸收外界干擾載荷的能量。對于高動態(tài)目標，其巨大的碰撞動能很容易使目標物體和剛性機器人本體都變得脆弱，造成不可逆的破壞。用軟材料構建具有新功能的新型機器人系統(tǒng)是當前機器人領域研究的前沿，這些柔性系統(tǒng)有望與自然、非結構化環(huán)境和人類更有效地和更安全的交互。
蒲偉研究員團隊致力于探索動態(tài)目標碰撞過程界面力演化機制和能量調(diào)控方法，本研究是該團隊在相關領域的最新突破。這項研究面向動態(tài)目標柔性捕獲提出了一種指-掌協(xié)同快速能量收集和耗散策略，建立了碰撞界面激勵系統(tǒng)動力學模型，揭示了剛-柔碰撞能量收集與耗散機制，結果表明這種機制能使軟抓手在數(shù)毫秒內(nèi)耗散和收集目標動能，收集的能量能同步轉移到抓手以改善其抓力和響應速度，為可靠和迅速捕獲高速目標提供了一種途徑。團隊還結合前期在柔性機器人抓手方面的研究（Soft Rob.9,531–541(2022)），構建了指-掌協(xié)同動目標捕獲樣機系統(tǒng)，展示了捕獲系統(tǒng)能量收集和耗散能力的可控可調(diào)性能和適應更為廣泛的目標和應用場景的可能性。這些研究成果為推進機器人技術的發(fā)展以實現(xiàn)動態(tài)目標的動態(tài)捕獲提供了新的思路。
