团队研制出的代表性螺旋机器人。中国科学技术大学供图

中国科学技术大学特任教授Nikolaos Freris课题组与特任副研究员魏熹合作，基于对自然界中多种生物柔性肢体形态、运动的系统观察和数学模型抽象，首次研制出基于对数螺旋线结构的新型螺旋软体机器人，并展示了其在多维度和多场景中执行复杂抓取和操作任务的能力。相关研究成果近日发表于《设备》。

软体机器人因安全性和灵活性而备受瞩目，是机器人领域的前沿研究课题。然而，现有的软体机器人在灵巧性、运动速度、协作交互等关键性能方面，仍然与自然界生物的柔性肢体存在较大差距。

通过对多种生物的柔性肢体，如象鼻、章鱼触手、海马和变色龙尾巴等的形态学共性进行数学抽象和建模，研究团队研发出一类具有普适性和可扩展性的软体机器人——螺旋机器人，并系统研究了其设计理论、制备方法和操作策略，在多尺度、多材质、多维度和协作交互等拓展应用场景中展示了这类机器人在动作灵巧度、精细度及速度等方面可比拟生物体的优异性能。

具体而言，研究团队提出了一种逆向设计方法，研制出螺旋机器人：首先确定机器人的极限卷曲形态，即遵循对数螺旋线方程，然后将螺旋线进行离散，展开得到机器人的直线形主体设计。该机器人采用3D打印加工成型，成本低、制备速度快，可实现高效优化和快速迭代。

此外，研究团队还进一步提出了一种仿生抓取策略，基于简单的电流感知和控制即可实现对不同位置、不同物体的自动抓取，摆脱了传统方法中对于高精度传感器和复杂建模与控制方法的依赖。在此基础上，研究团队展示了大量拓展设计以及多机器人协作阵列。

研究人员介绍，该研究提出的新型螺旋机器人技术有望进一步推进软体机器人的发展和成熟，为复杂抓取任务、人机交互、低空经济产业等应用场景提供强大的技术支持和创新解决方案。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.device.2024.100646

（原载于《中国科学报》 2024-12-26 第1版 要闻）