多自由度运动的章鱼作为软体动物的典型代表而受到研究人员的广泛关注。's触须和数百个吸盘的独特结构赋予了它无与伦比的水下复杂精确操作能力，可以快速捕捉螃蟹和鲨鱼。研究人员发现，不同种类的章鱼有不同的触手锥角，锥角较大的触手可以提供更大的缠绕力；触角的小锥角使章鱼能够在狭窄有限的环境中自由行动，鲜有,研究针对锥度角这一生物特征，对章鱼触手的“缠绕+吸附”功能进行研究。. 　　

　　图1章鱼触手的主要功能分解：纠缠吸附 　　

　　2月26日，北京航空航天大学李文教授和哈佛大学Katia Bertoldi教授的合作团队在国际期刊《Soft Robotics》上发表了最新研究成果“章鱼手臂启发的带吸盘的带吸盘柔性驱动器用于改进植草”。根据生物章鱼触角不同锥度的特点，通过数据统计，仿生设计并制造了集“缠绕+吸附”于一体的章鱼触手(Tentacle Bot)，实现了对不同大小、材质，以及狭窄空间环境下物体的有效抓持。航空航天大学是本研究的第一单位和第一交流单位。 　　

　　该研究涉及到包括生物、机器人、力学等多个研究领域交叉。北航机械学院博士生谢和哈佛大学博士生奥古斯特多梅尔(August Domel)是本文的共同第一作者。毕业于机械工程学院的龚参与了机器人的制造和实验，Festo公司的Elias Knubben参与了软机器人的设计，哈佛大学的Anneng和Connor Green参与了机器人的仿真，哈佛大学的JamesWeaver和北航的王教授参与了项目的论证和讨论。文教授和Katia Bertoldi教授是该项目的共同作者。 　　

　　首先，研究组探索了自然界中大量生物章鱼触手的形态特征，提取了几何参数“锥角”，发现自然界的章鱼触手的锥度分布在3度至13.5度。. 　　

　　图2自然界中不同种类章鱼触角的锥角。 　　

　　为了探索锥角对软机器人的影响，课题组利用有限元仿真工具对具有不同锥度角的锥形软体机器人进行了分析。机器人在不同锥角下弯曲曲率和弯曲力有不同的变化。研究团队发现，小锥角会带来大的弯曲曲率和小的弯曲力，反之，大锥角会带来小的弯曲曲率和大的弯曲力。完美的锥角可以抓取不同大小和重量的物体。 　　

　　图3通过有限元仿真工具实现：生物仿生机器人。 　　

　　并且，研究团队模拟了章鱼吸盘的结构和分布，将圆锥形软机器人与软吸盘结合起来，制造了一种具有缠绕和吸附功能的仿生章鱼触手机器人。锥形结构和吸盘分别由正压发生器和负压发生器控制。研究小组探索了机器人的吸附性能。研究团队发现，与传统的圆柱形机器人相比，锥度角同时对机器人的吸附功能有着重要的影响，的圆锥形机器人不仅可以提供更大的最大吸附力，而且在吸盘剥离的过程中，由于其自身的灵活性，可以提供更长的吸附时间，从而不会很快脱落。仿生章鱼触手机器人可以吸附不同的粗糙平面。此外，通过结合弯曲功能，机器人可以调整弯曲角度，实现曲面的附着和吸附功能，进一步扩大了可吸附物体的范围。 　　

　　图4:仿生章鱼触手机器人吸附性能测试 　　

　　缠绕和吸附的结合使机器人能够更快更方便地抓取各种大小、材料和重量的物体，如直径小至20mm的试管、直径大至750mm的鸡蛋和瑜伽球。 　　

　　此外，与机械臂相结合，机器人能实现半自主的“吸附-缠绕-传递-交付”动作，为工业使用提供了可能性。机器人的圆锥形形状使它能够通过狭窄的孔取出章鱼的触角，章鱼是一种类似的生物，如内部物体。本研究提出的缠绕和吸附相结合的抓取方法为柔性机器人提供了新的设计思路，也为章鱼触手的生物力学机理提供了新的认识。 　　

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　　Credit: Wyss研究所/哈佛