应激反应策略是自然界最伟大的发展之一，使动物和植物能够对环境刺激作出快速反应。其中一个例子是维纳斯捕蝇草的应激反应策略，它使这种娇嫩的植物能够通过其柔软的末端裂片以难以察觉的速度感知和捕食昆虫。
2021年9月2日，来自浙江大学邹俊等研究团队在Advanced Science上在线发表了题为“ABioinspired Stress-Response Strategy for High-Speed Soft Grippers”的研究论文，提出了一种软抓手，旨在应对高速动态抓取任务的挑战。该抓手被称为高速软抓手（HSG），是基于两个基本的设计概念。
抓取和操纵是机器人领域内的一个主要兴趣领域。近年来，软材料科学的进步促进了软体抓取器的发展，它们擅长用简单的传感和执行策略抓取非结构化物体，为传统刚性机器人抓取器很少能实现的任务提供了一系列具有成本效益的解决方案，包括操纵精细物体，极其温和的抓取，形状自适应抓取和表面形态感知。
尽管取得了这些进展，但即使是最先进的抓取器在与人手的竞争中也是苍白无力的，特别是在高速动态抓取任务中（例如，接住抛出的棒球）。这种动态抓取任务要求抓手在短时间内完成感知和执行，而软体机器人抓手在完成这种任务时受到两个重大缺陷的限制。一方面，在感知方面，大多数软体机器人抓手依靠用户提供的信息而不是嵌入式传感器。而对于带有嵌入式传感器的软体机器人抓手来说，这些传感器的速度一般在100毫秒左右，受限于弹性体的机械响应。另一方面，在执行方面，由于材料的柔软性和结构顺应性，软体机器人抓手通常表现为用力小，响应时间慢。
尽管高速动态抓取任务对软体抓手来说似乎是一项不可能完成的任务，但有一些具有软体结构的植物有可能使这项任务成为可能。维纳斯捕蝇草的捕食过程是一个典型的动态捕捉过程。当昆虫落在顶叶上时，维纳斯捕蝇草通过它们的触发毛感知到昆虫的运动，并关闭它的顶叶，以几乎难以察觉的速度捕食昆虫。顶叶的快速闭合是植物世界中最快的运动（≈100毫秒），产生这种快速运动的秘密是可触发的贯通不稳定性，在机械刺激下迅速释放储存在顶叶的能量。
近几年来，研究人员利用 "快穿 "不稳定性，创造了多种具有快速执行速度的软体机器。对于机器人来说，与其过度依赖高级计算，不如通过对环境的机械刺激来进行驱动，这是实现快速感知速度的有效方法。可以消除信号传输和处理过程中的延迟。2019年，Thuruthel等人提出了一种双稳态抓手，可以通过机械接触触发，并在0.021秒的致动时间内快速进入关闭状态。然而，触发过程是不可逆的，需要在致动前手动复位。2020年，Partridge等人提出了一种被动的、反射式的反应装置，利用外界的机械接触来打开和关闭阀门，并给气动网络充气，实现可重复的机械触发，但需要较长的反应时间（约0.4秒）。
该研究报告了一种高速软体抓手（HSG），旨在提供一种受应力反应策略启发的软体机器人的设计范式。这种抓手能够完成高速动态抓取任务，如抓取抛出的棒球。当飞来的棒球撞到抓取器的触发毛时，就像苍蝇撞到维纳斯捕蝇草的触发毛一样，它将触发双稳态结构并迅速释放势能，进入另一个抓取状态。这种抓取过程是完全被动的，既不需要高级传感和计算单元，也不需要高性能的执行器。此外，利用双稳态的特性，该抓取器可以在不连续输入外部能量的情况下保持抓取状态。
总之，本研究中对应力响应策略的探索有助于为设计新一代实用的高速软体机器人铺平道路。
参考消息：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202102539
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