弗吉尼亞理工大學的邁克爾·巴特利特（MichaelBartlett）領導的一個研究小組開發了一種靈感來源于章魚的手套，能夠安全地抓取水下物體。他們的研究入選7月13日的《科學進步》封面。

人類天生不具備在水下環境中茁壯成長的條件。我們用坦克呼吸，用氯丁橡膠防護服保護和溫暖身體，用護目鏡看清楚。在這樣的環境中，人手抓東西的能力也很差。任何試圖抓住蠕動的魚的人都會證明，水下物體很難用我們陸地上的手指抓住。

機械工程系助理教授巴特利特（Bartlett）表示：“在某些關鍵時刻，這會成為一種負擔。”。“大自然已經有了一些很好的解決方案，因此我們的團隊向自然界尋求靈感。章魚顯然是靈感的選擇。”

救援潛水員、水下考古學家、橋梁工程師和打撈人員都用手從水中救出人和物體。人手抓滑溜東西的能力較低，必須使用更大的力量，鐵把手有時會影響這些操作。當需要精細的觸摸時，將手做成水狀會很有幫助。

這些正是巴特利特和他的同事們試圖建立的附屬物。他的團隊在軟材料和結構實驗室將生物解決方案改造成由軟材料和機器人制成的新技術。

從強力附著力中汲取靈感

章魚是地球上最獨特的生物之一，它有八條長臂，可以在水環境中抓住無數的東西。在實用工具和智能的完美結合中，這些手臂上覆蓋著由海洋動物肌肉和神經系統控制的吸盤。

每個吸盤的形狀像柱塞的末端，具有強大的抓取能力。吸盤寬闊的外緣與物體形成密封后，肌肉收縮并放松邊緣后的杯狀區域，以增加和釋放壓力。當許多吸盤接合時，它會產生很強的粘合劑，很難逃脫。

巴特利特說：“當我們觀察章魚時，粘合劑肯定很突出，可以根據需要快速激活和釋放粘合劑。”。“然而，同樣有趣的是，章魚通過處理來自各種化學和機械傳感器的信息，在八條手臂上控制著2000多個吸盤。章魚真正將粘附可調性、傳感和控制結合在一起，以操縱水下物體。”

將靈感付諸行動

為了設計手套，研究人員專注于重新想象吸盤：柔順的橡膠柄上覆蓋著柔軟的驅動膜。設計的目的是實現與章魚吸盤相同的功能鈥攁能夠在較輕的壓力下與物體形成可靠的附著，非常適合附著在平面和曲面上。

在開發了粘附機制之后，他們還需要一種手套能夠感知物體并觸發粘附的方法。為此，他們請來了內布拉斯加州大學林肯分校的助理教授埃里克·馬克維卡（EricMarkvicka），他添加了一系列微型激光雷達光學接近傳感器，用于檢測物體的距離。然后通過微控制器將吸盤和激光雷達連接起來，將物體感應與吸盤嚙合配對，從而模擬章魚的神經和肌肉系統。

使用傳感器接合吸盤也使系統具有適應性。在自然環境中，章魚的手臂纏繞在巖石和表面的峭壁上，附著在光滑的外殼和粗糙的藤壺上。研究團隊還希望得到一些對人類來說感覺自然的東西，讓他們能夠毫不費力地撿起東西，像章魚一樣適應不同的形狀和大小。他們的解決方案是將合成吸盤和傳感器緊密集成在一起，使可穿戴系統在水下抓取許多不同形狀的物體。他們稱之為八角手套。

巴特利特說：“通過將柔軟、靈敏的粘接材料與嵌入式電子產品相結合，我們可以在不必擠壓的情況下抓取物體。”。“它使處理潮濕或水下物體變得更容易、更自然。電子設備可以快速激活和釋放粘附力。只需將手移向物體，手套就能抓取物體。這一切都可以在用戶不按任何按鈕的情況下完成。”

戴上手套

在測試中，研究人員嘗試了幾種不同的抓取模式。為了操縱精致輕巧的物體，他們使用了一個傳感器。他們發現，他們可以快速撿起并釋放扁平物體、金屬玩具、圓柱體、勺子的雙曲部分和超軟水凝膠球。通過重新配置傳感器網絡以利用所有傳感器進行物體檢測，他們還能夠抓取更大的物體，如盤子、盒子和碗。由硬材料和軟材料組成的扁平、圓柱形、凸形和球形物體被粘附和提起，即使用戶沒有通過閉合雙手抓取物體。

博士后研究員拉維·圖提卡（Ravi Tutika）說：“這些功能模擬了頭足類的高級操縱、傳感和控制，為合成水下粘性皮膚提供了一個平臺，可以可靠地操縱各種水下物體。”。“這無疑是朝著正確的方向邁出的一步，但在我們達到大自然的全部抓握能力之前，我們需要了解章魚以及如何制作集成粘合劑。”

展望未來，研究人員設想手套在水下抓取的軟機器人領域、用戶輔助技術和醫療保健的應用以及組裝和操縱濕物體的制造中發揮作用。

這項工作由代表弗吉尼亞理工大學、愛荷華州州立大學和內布拉斯加州林肯大學的肖恩·弗雷、A.B.M.塔希杜爾·哈克、伊麗莎白·克羅茨、科爾·哈維坎普和Chanhong Lee共同完成。