文章核心观点 - 麻省理工学院和斯坦福大学的工程师团队在《Science Advance》上展示了一项名为“环闭合抓取”的突破性机器人技术，该技术通过拓扑变形使机器人抓手能够在灵活探索的“章鱼触手”模式与稳固承重的“起重吊带”模式之间自由切换，成功解决了机器人抓取领域长期存在的“力量”与“轻柔灵活”难以兼得的根本性难题[3][9][12] 机器人抓取的传统困境 - 传统机器人抓手面临“强度”与“轻柔”难以权衡的两难困境，例如同时完成轻拿鸡蛋和提起20升矿泉水桶的任务几乎无解[7] - 抓取过程分为“建立抓取”和“保持抓取”两个阶段，前者需要灵活探索，后者需要稳定输出力量，传统设计被迫在矛盾需求间妥协，为增加力量而牺牲灵活性，或为追求灵活而放弃负重能力[8] 环闭合抓取的技术原理 - 研究团队提出“环闭合抓取”范式，其核心是一种巧妙的形态切换机制，灵感来源于拓扑学[9] - 第一阶段为开启探索模式：机器人以开环形态启动，像一条可以无限生长的柔软藤蔓，末端自由移动，能钻进缝隙（如直径26毫米的藤蔓可钻进17毫米的缝隙，比自身窄35%）并规划最优抓取路径[12][18] - 关键瞬间执行拓扑变换：当藤蔓末端完成环绕并锁定，开环变为闭环，拓扑结构发生根本改变[12] - 第二阶段为启动承载模式：系统泄去内部气压，机器人身体变得像安全带一样柔软但强度不减，通过材料拉伸来分散载荷，如同吊床[12][13] 藤蔓机器人的设计与特性 - 研究团队采用柔性充气机器人，即“藤蔓机器人”，模仿植物的生长方式，通过内部充气压力推动材料从尖端外翻实现生长[15] - 系统包含模块化组件：用于大规模和小规模抓取的加压生长基座、藤蔓机器人本体以及末端固定绞盘装置[15] - 单个闭环藤蔓机器人最大负载能力可达622公斤[16] - 藤蔓机器人展示出多项卓越特性：是能钻进狭窄缝隙的“空间渗透大师”；生长过程几乎不产生滑动摩擦的“静默探索者”；充气时为管状利于导航，放气后管壁塌陷成带状、弯曲刚度趋近于零却能承受数百公斤拉力的“变形金刚”[18][19] 技术应用场景演示 - 人体安全转移：两根藤蔓滑入志愿者身下，在空中锁定成环，将74.1公斤的成年人平稳抬离床面25厘米，最大接触压力仅16.95千帕，远低于标准医用吊带（>26.7千帕）[21] - 杂物寻宝：在装满杂物的箱子中，单根藤蔓能绕过障碍，找到并环绕一个6.8公斤壶铃的手柄后稳稳提起[23] - 缠绕锁定：藤蔓主动穿过水桶把手自身的孔洞后闭合成环，形成拓扑学上的互锁结构（如“霍普夫链环”），实现理论上的无限稳定抓取[24] - 其他技能展示：包括抓取西瓜不压裂、从3米外拖回箱子、让被抓取的圆柱体在空中旋转等，全面证明其“刚柔并济，大小通吃”的能力[24] 未来展望与行业影响 - 该研究重新定义了机器人抓取的理解，核心是让抓手能够随时变成需要的样子，这种思路可能引发多个领域的变革[30] - 在医疗护理领域，可实现自动化、个性化的患者转移方案，减少护理人员职业损伤并提升患者尊严与舒适度[30] - 在物流和农业场景，机器人将能轻柔处理易碎品和新鲜果实，同时拥有远超人类的耐力与力量[31] - 在太空、深海等极端环境，这种可远程“生长”、无限柔顺的“机械藤蔓”成为执行抓取、采样等任务的理想工具[31] - 形态可变的设计思路将启发创造能动态适应需求的下一代机器人[31] - 团队目前正研究为藤蔓集成更智能的实时导航系统，并进一步优化接触力学模型，以提升系统在各种应用中的可靠性与自主性[32]