利用多尺度吸力推进机器人技术发展

机器人和机器人技术研究是一个不断发展的领域，它不断探索新的途径，使我们的工作流程更加高效和优化。这些努力和探索的灵感往往来自我们周围的自然界和动物界。例如，布里斯托尔大学的科学家们 开发出机器人吸盘 具有类似章鱼生物吸盘的超强吸力。 

受章鱼启发的机器人吸力机制

这一切都源于布里斯托尔机器人实验室对章鱼生物吸盘结构的研究。章鱼的生物吸盘具有极强的吸力，能以最优化的方式固定在任何岩石上。通过这项研究，他们创造了一种多层软结构和人工流体系统，该系统可以像章鱼的肌肉组织和粘液结构一样运作。  

在解释这项研究的最大成就时，论文的第一作者岳天琦说："最重要的进展是，我们成功地证明了机械构形--使用软材料来顺应表面形状--和液体密封--将水扩散到接触表面--的结合对于提高复杂表面的吸力适应性的有效性。这也可能是生物有机体实现自适应吸力的秘密所在。

因此，关键的发展是在现有人工吸力模式的基础上更上一层楼，进入自适应吸力领域--能够吸附在最困难、最复杂的表面上。 这 这就需要一种多吸力机制，而这项研究展示了如何实现这一机制。 

通过历史研究更好地了解章鱼吸盘的工作原理

长期以来，了解章鱼的吸力是如何工作的一直是科学界感兴趣的领域。研究人员知道，章鱼可以独立移动吸盘，并在需要时抓住物体。 

一项研究 由里窝那的研究人员进行 早在十多年前，他就对章鱼进行了研究，发现 其吸盘的侧面和边缘构造独特.它们的吸盘上有微小的同心沟槽，这有助于它们在水下任何粗糙的表面形成牢固的密封。 

在上部也可以看到类似的凹槽，从而形成了一个有效、坚固而又低压的密封装置。 

在对这种低压现象进行深入研究时，研究人员对吸盘有了更多的了解。他们发现，虽然吸盘的侧面和边缘是柔软的，但顶部却要硬得多。这种较小的弹性很有可能有助于在局部产生低压，从而使粘附力更优越、更牢固、更高效。 

自这一发现以来，人们一直在讨论在机器人中模仿章鱼的吸力机制。现在，我们可以看到这些努力取得了成果。 

多重感应机制及其破解方法！

研究建议 的 类似章鱼的双吸装置 可复制 通过机械变形和调节水封的有机结合。机器人解决方案部署的多层软材料首先会对基底产生粗糙的机械变形，最终将泄漏孔径缩小到微米级。这些微米大小的孔隙 然后密封 通过人工液体系统调节水的分泌。 

本研究对未来的影响

在强调其潜在应用领域的同时，研究人员还指出，这一研发成果可以为机器人抓手铺平道路，使其能够抓取各种复杂的干燥表面。他们强调了这种多尺度自适应吸力机制在开发更有效、更独特的自适应吸力策略方面的重要性，这将带来全方位的多功能软粘附机制。 

在指出该解决方案相对于现有解决方案的改进之处时，Tianqi Yue 说：

"目前的工业解决方案使用始终开启的气泵 主动产生吸力但是，这些设备噪音大，而且浪费能源"。 

本解决方案不需要泵，因此更胜一筹。正如其开发者所期望的那样，目前的解决方案 这将导致下一代机器人抓手的诞生，它们可以有效地抓取各种不规则物体。该团队本身也在计划开发一种智能吸盘，其嵌入式传感器可有效调节吸盘的行为。

虽然这项研究及其提出的解决方案绝对算得上是一项突破，但科学界和机器人界一直受到章鱼的启发。 

神奇的生物--章鱼

章鱼的基因构成非常独特，几乎与地球上的任何生物都大相径庭。A 八爪鱼 DNA 研究 发现它们拥有约 33,000 个基因，比人类多出约 10,000 个。人类和许多其他动物可以改进自己的遗传密码，而章鱼则不同，它们拥有编辑自己的 RNA 的惊人能力。 

它们与人类也有一些相似之处。这些相似之处帮助它们变得像人类一样更加聪明。 

例如，章鱼拥有一组类似人类的基因，这些基因在它们的大脑中形成了一个神经网络。这种神经网络使它们能够适应各种环境，而且学习速度很快。此外，它们编辑核糖核酸的能力也增强了它们的适应性，使它们能够抵御深海的极度寒冷。 

从视觉上可以看出，章鱼的大脑很大。和人类一样，它们拥有封闭的循环系统、虹膜保护的眼睛、视网膜和晶状体。 

章鱼还具有一流的伪装能力。现在，它们的遗传密码已经 已解码因此，科学家们更容易理解它们是如何做到这一点的。它们能在几毫秒内改变肤色，神经科学家、织物工程师和结构工程师都能从中受益。  

章鱼的思想

章鱼的生理机能，尤其是它的大脑袋，促使科学家们对其认知过程进行更深入的研究。 

2016 年，纽约城市大学研究生中心哲学特聘教授、澳大利亚悉尼大学科学史与科学哲学教授彼得-戈弗雷-史密斯撰写了一本名为《科学史与科学哲学》的书。其他思维：章鱼、海洋和意识的深层起源。他在信中写道

"章鱼及其近亲（墨鱼和鱿鱼）是无脊椎动物海洋中的一个精神复杂性岛屿。自从十年前我第一次接触这些生物以来，我就被与它们互动时可能产生的强烈参与感所吸引"。

戈弗雷-史密斯教授在书中强调，一只普通章鱼体内约有 5 亿个神经元。虽然这远远少于人类的神经元数量--近 1 000 亿个--但章鱼相当聪明 因为它们 能在简单的迷宫中穿行，并能有效地利用视觉线索来区分两个不同但熟悉的环境，并选择最佳路线。 

正是智能和生理独特性的结合，使章鱼在众多章鱼中脱颖而出。从本质上讲，机器人学领域一直试图达到这种状态，让智能仪器完成复杂的任务。难怪机器人专业的学生一直在不断探索这种神奇的生物。除了机构研究人员，一些知名公司也活跃在这一领域。 

#1. ABB

有一家公司一直对在产品中模仿章鱼的功能很感兴趣，它就是ABB。2018年，ABB的战略风险投资机构ABB技术风险投资公司（ABB Technological Ventures）与从怀特塞德斯集团（Whitesides Group）分拆出来的软体机器人公司（Soft Robotics）达成合作。 

灵感来自 章鱼触手的功能软机器人公司（Soft Robotics）利用聚合物开发出软机器人执行器，无需传感器或机电设备即可运行。该公司将计算能力直接嵌入抓手本身，并开发出一种具有微流体通道的专有混合材料，可模仿人手的软组织。 

将多尺度抽吸集成到先进机器人技术中的最新进展可以提高这些技术的效果和效率。 

章鱼以其较高的智力和与人类相似的复杂眼球结构而闻名，它们为机器人技术的重大发展提供了灵感。今年 ABB 收购 Sevensense这是一家瑞士科技公司，专门通过为工业机器人配备视觉和认知能力来增强其机动性。

2023 财年，ABB 集团 报告的营业收入为 $32 亿美元.公司还在研发方面投入了 13 亿美元。与此同时，其经营性息税折旧摊销前利润率接近 17%。 

#2. 费斯托

在另一个例子中，一家领先的机器人公司已经表现出兴趣，并可能进一步利用多级抽吸技术来增强其能力。 灵感来自章鱼的 Festo 机器人. 

这种机器人装置最初被命名为 OctopusGripper，它可以利用吸盘和空气的组合来拿起、握住和放下物品。后来，它更名为 "触手抓取器"。该公司介绍说 这种仿生抓手为软硅胶结构 那 可气动控制.当压缩空气 提供此外，夹持器还可以向内弯曲，从而牢牢地包裹住物品。 

从结构上看，夹持器有两排吸盘，分别吸附在硅胶触手的内侧。小吸盘位于抓手顶端，起到被动作用，而大吸盘则由真空驱动，帮助物体牢牢吸附在抓手上。 

Festo 在仿生学习网络同样开发的两个气动轻型机器人上测试了该机器人：BionicMotionRobot 和 BionicCobot。由于其运动学特性，这两个机器人都非常灵活，而且可以以无限的方式进行变硬。 

因为 人工触角被开发出来 它由一种柔软的材料制成，可以轻柔地抓握。该公司称，该解决方案在未来的协作式工作场所中具有巨大潜力。 

就收入而言，2023 财年是该公司的巩固之年。根据 费斯托的一份新闻稿但其营业额略低于上一年的水平（-4.3%，约 36.5 亿欧元）。 

尽管收入略有下降，但该公司仍声称继续在研发和扩大地区市场供应方面投入巨资。更具体地说，该公司在 2023 年将其营业额的 7.7% 投资于研发。 

从大自然和动物王国汲取灵感的机器人技术

今天，我们讨论了机器人技术借鉴章鱼吸盘的一个具体实例。然而，从更广阔的角度来看，它可以 从整个自然界中汲取灵感 在我们周围。而在公共领域，多个生物启发机器人计划已经开始实施。 

例如，在 2024 年 1 月、 发表了研究报告 介绍一种自主生长机器人，其灵感来源于攀援植物在非结构化环境中的行为自适应策略。这些机器人可模仿攀缘植物的顶端嫩枝，通过嵌入式增材制造机制和传感尖端来感知和协调增材制造适应性生长。

在与以下材料兼容的材料领域也开展了重要研究 软机器人制造.几年前，一个由 明尼苏达大学双子城分校 科学家和工程师开发了一种植物启发工艺，以增强合成材料的生长能力。 

"(《世界人权宣言》) 该解决方案可帮助研究人员 制造能够在复杂地形，甚至在人体内导航的改进型软体机器人。论文第一作者马修-豪斯拉登（Matthew Hausladen）说，研究人员的灵感确实来自植物和真菌的生长方式。研究人员说：

"我们（研究小组）采用了植物和真菌在其身体末端（根尖或新芽）添加材料的想法，并将其转化为工程系统"。 

自然界经历的变化和转变比我们所能经历的要多得多。 可能 想象一下，动物生存和适应的时间长达数千年。我们必须仔细研究它们令人难以置信的适应技术，更细致地观察它们。试图复制它们的真正精神，总会帮助我们在科学和技术领域取得超乎想象的成就。 

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