12小时前 刷新机器人微操记录：42G弹射释放、横跨14个数量级精准操控

出品：机器人大讲堂

抓取和释放，是人类之手最寻常的动作，却是机器人至今仍在攀登的高峰。要稳稳抓起一块石头不难，但要温柔地捏起一块豆腐，再干脆利落地释放一根头发丝，同时还能适应水下、空中各种环境——这几乎是给机器人出的一道“既要、又要、还要”的难题。

在自然界中，单细胞生物变形虫给出了一个绝妙的答案。它能像液体一样流动，通过改变自身形态包裹并捕获各种形状和大小的猎物。

以此为灵感，苏州大学李相鹏、孙立宁教授团队联合中国科学技术大学张世武教授、澳大利亚新南威尔士大学唐诗杨教授、伍伦岗大学李卫华教授等国际团队，成功研发出一种基于功能液态金属的通用抓手（LiMU）。

相关研究成果《Liquid metal universal grippers for gentle, adaptable, multiscale manipulation》已于近日发表于国际权威学术期刊《Nature Communications》。

该研究工作得到了国家自然科学基金共融机器人重大研发计划（92248302），江苏省杰出青年基金（BK20231522），江苏省高效自然科学研究重大项目（22KJA510006），苏州市科技计划项目（SGC202320）等项目支持。

该抓手通过电化学与磁场协同调控，实现了从皮克级到百克级物体的超柔顺抓取与主动释放，在微纳尺度物体操控中释放加速度高达42G，刷新了机器人释放速度的世界纪录，操作接触压力低至10 Pa，是现有报道中的最低水平，为机器人微操控提供了全新范式。

LiMU抓手设计及其表面张力调控机理

抓手的核心是一个3D打印的柔性硅胶腔体，内部填充着功能性液态金属（FLM）。

研究团队采用仿植物根系设计，在腔体内壁上设计了6根微柱。微柱表面粘附铜粉，与液态金属中的镓形成牢固的Cu-Ga金属键。单根微柱能提供0.34 N的粘附力，6根联手，足以将FLM液滴牢牢锚定在腔体内，即使抓取上百克的物体也不会脱落。

更精妙的是藏在腔壁里的“液体输送系统”：厚1 mm的电解质夹层通过直径800μm的微通道与腔体内壁相连，内壁贴附的多孔纱布吸收电解液，为FLM提供局部的电解质环境，让FLM在空气中也能实现电化学调控。

01.

“弓弩式”主动释放：42G弹射，6毫秒甩掉头发丝

首先，这款抓手解决的是“放”开物体的问题。

传统机械抓手在释放微米级物体时，常因范德华力、毛细力等微尺度效应而难以脱离。

LiMU抓手首次揭示了一种基于表面张力调控的主动释放机制：通过电化学还原使液态金属恢复高表面张力，形变后的液态金属如同拉满的弓弩，在毫秒级时间内将包裹的微小物体“弹射”出去。

相关实验验证，对于直径70微米、重0.05毫克的人类发丝，LiMU抓手可在6毫秒内将其加速至696毫米/秒（约8700倍体长/秒），峰值加速度达42G。

值得注意的是，这一指标不仅远超现有机器人抓手，也位列自然界生物与人工致动器中的最快释放速度之一。

LiMU抓手主动释放

02.

横跨14个数量级，皮克级到百克级物体稳定抓取释放

这个抓手的另一个能力，是它的操作跨度。

得益于液态金属表面张力的宽范围调控（从约700 mN/m降至接近零），LiMU抓手可实现对从10⁻¹²克（皮克级）到10²克（百克级）物体的稳定抓取与释放，覆盖了微纳颗粒、生物细胞、电子元件到日常物品的全尺度范围。

研究中，抓手成功抓取了微型LED芯片（0.1 mg）、玻璃微纤维（0.58 μg）、二氧化硅微球（1.21 pg）等微纳物体，并实现了无损释放。

LiMU抓手跨尺度多样操控

03.

10帕超低接触压力，无损转运豆腐和鱼苗

抓得住重物不稀奇，抓得住脆弱的东西才是真功夫。

LiMU抓手执行操作时的接触压力最低可降至约10帕，为已有报道中的最低水平，远低于大多数脆弱生物组织（如软体动物、豆腐、葡萄藻）的屈服极限。

具体实验中，抓手无损转运日本豆腐、金鱼幼苗，甚至蒲公英花，并对200枚斑马鱼胚胎实现了99%成功率的高效操控，后续发育与对照组无显著差异，可见其优异的生物相容性。

LiMU抓手超低接触压力

04.

适应多种环境，毫秒极抓取动态物体

更厉害的是，无论环境怎么变，它都能快速反应。

联合团队设计了一种“环境无关的表面活性调控机构”，通过多孔表面与微通道结构，使抓手在空气、海水、酸碱溶液等多种环境中均能稳定工作。

同时，抓手可在200毫秒内捕获快速爬行的蟑螂，并能进行无视觉辅助的无序抓取任务，展现出极强的动态适应能力。

LiMU抓手动态抓取

总体而言，LiMU抓手在适应性、多尺度操作、低接触压力和快速操控速度等方面均展现出优于现有机器人抓手的显著性能，为应对各类长期存在的操控挑战提供了一种全新的解决方案。从生物样本操作、单细胞手术，到微纳组装、深海探测，其应用场景正在打开。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-70313-6