近日，我校机电工程学院李相鹏教授、孙立宁教授团队联合中国科学技术大学张世武教授、新南威尔士大学唐诗杨教授等国际团队，在《自然-通讯》（Nature Communications）上发表了题为“Liquid metal universal grippers for gentle, adaptable, multiscale manipulation”的研究论文。机电工程学院博士研究生陈宣翰、硕士研究生张明奎为论文共同第一作者，李相鹏、孙立宁为通讯作者。
受变形虫捕食行为启发，联合团队成功研发出一种基于功能液态金属的通用抓手（LiMU）。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，操作接触压力低至10Pa。这一成果为机器人微操控提供了全新范式。
图1 LiMU抓手设计及其表面张力调控机理
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。
实验显示，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。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。
图2 LiMU抓手主动释放
得益于液态金属表面张力的宽范围调控（从约700mN/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（0.1mg）、玻璃微纤维（0.58μg）、二氧化硅微球（1.21pg）等微纳物体，并实现了无损释放。
图3 LiMU抓手跨尺度多样操控
LiMU抓手执行操作时的接触压力最低可降至约10pa，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。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，充分证明了其优异的生物相容性。
图4 LiMU抓手超低接触压力
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。
图5 LiMU抓手动态抓取
LiMU抓手集超柔顺、多尺度、快速响应、环境自适应于一体，在活体生物样本、单细胞操作、微纳组装、深海探测等领域展现出广阔应用前景。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）、江苏省高校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。
