蘇州大學《Nature》子刊：一種基于功能液態金屬的通用抓手！刷新機器人釋放速度世界紀錄

蘇州大學李相鵬、孫立寧教授團隊聯合中國科學技術大學張世武教授、澳大利亞新南威爾士大學唐詩楊教授、伍倫崗大學李衛華教授、西北工業大學肖冰教授等國際聯合團隊，受變形蟲捕食行為啟發，成功研發出一種基于功能液態金屬的通用抓手（LiMU）。該抓手通過電化學與磁場協同調控，實現了從皮克級到百克級物體的超柔順抓取與主動釋放，在微納尺度物體操控中釋放加速度高達42 G，刷新了機器人釋放速度的世界紀錄，操作接觸壓力低至10 Pa，為已有報道中的最低水平。這一突破性成果為機器人微操控提供了全新范式。LiMU抓手集超柔順、多尺度、快速響應、環境自適應于一體，在活體生物樣本、單細胞操作、微納組裝、深海探測等領域展現出廣闊應用前景。相關研究成果《Liquid metal universal grippers for gentle, adaptable, multiscale manipulation》已于近日發表于國際權威學術期刊《Nature Communications》。

論文鏈接：

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

圖1 LiMU抓手設計及其表面張力調控機理

表面張力調控實現“弓弩式”主動釋放

傳統機械抓手在釋放微米級物體時，常因范德華力、毛細力等微尺度效應而難以脫離。LiMU抓手首次揭示了一種基于表面張力調控的主動釋放機制：通過電化學還原使液態金屬恢復高表面張力，形變后的液態金屬如同拉滿的弓弩，在毫秒級時間內將包裹的微小物體“彈射”出去。

實驗顯示，對于直徑70微米、重0.05毫克的人類發絲，LiMU抓手可在6毫秒內將其加速至696毫米/秒（約8700倍體長/秒），峰值加速度達42 G。這一指標不僅遠超現有機器人抓手，也位列自然界生物與人工致動器中的最快釋放速度之一。

圖2 LiMU抓手主動釋放

橫跨14個數量級的多尺度操控能力

得益于液態金屬表面張力的寬范圍調控（從約700 mN/m降至接近零），LiMU抓手可實現對從10?12克（皮克級）到102克（百克級）物體的穩定抓取與釋放，覆蓋了微納顆粒、生物細胞、電子元件到日常物品的全尺度范圍。研究中，抓手成功抓取了微型LED芯片（0.1 mg）、玻璃微纖維（0.58 μg）、二氧化硅微球（1.21 pg）等微納物體，并實現了無損釋放。

圖3 LiMU抓手跨尺度多樣操控

超低接觸壓力與優異生物相容性

LiMU抓手執行操作時的接觸壓力最低可降至約10帕，為已有報道中的最低水平，遠低于大多數脆弱生物組織（如軟體動物、豆腐、葡萄藻）的屈服極限。實驗中，抓手無損轉運日本豆腐、金魚幼苗，甚至蒲公英花，并對200枚斑馬魚胚胎實現了99%成功率的高效操控，后續發育與對照組無顯著差異，充分證明了其優異的生物相容性。

圖4 LiMU抓手超低接觸壓力

環境自適應與毫秒級動態抓取

聯合團隊設計了一種“環境無關的表面活性調控機構”，通過多孔表面與微通道結構，使抓手在空氣、海水、酸堿溶液等多種環境中均能穩定工作。同時，抓手可在200毫秒內捕獲快速爬行的蟑螂，并能進行無視覺輔助的無序抓取任務，展現出極強的動態適應能力。

圖5 LiMU抓手動態抓取

致謝

該研究工作得到了國家自然科學基金共融機器人重大研發計劃（92248302），江蘇省杰出青年基金（BK20231522），江蘇省高效自然科學研究重大項目（22KJA510006），蘇州市科技計劃項目（SGC202320）等項目支持。

本文來自“材料科學與工程”公眾號，感謝論文作者團隊支持。

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