研究核心突破 - 瑞士洛桑联邦理工学院科学家成功将废弃海螯虾外壳集成到机器人装置中，制造出能抓取物体和推动游泳的生物混合型机器人[1] - 该研究由EPFL工程学院的计算机器人设计与制造实验室完成，成果发表于材料科学顶尖期刊《Advanced Science》[3] 技术原理与设计 - 研究团队反传统而行，直接使用海螯虾腹部外骨骼作为机器人核心部件，将生物元素与合成部件结合以提升性能并支持可持续发展[4] - 甲壳类动物外骨骼结合了矿化外壳和关节膜，在刚性与柔性间达到平衡，使每个节段能独立运动，这种特性恰为机器人所需[6][7] - 研究提出可持续循环设计流程，通过重新利用食物垃圾，使材料可被回收并用于新任务[9] - 具体方法是在海螯虾外骨骼内部嵌入弹性体控制每个节段，将其安装在电动底座上调节刚度响应，并用硅胶涂层覆盖以加固并延长使用寿命[10] 应用展示与性能 - 机械手应用：安装在电动底座上的装置可将重达500克的物体移动到目标区域，约相当于一瓶矿泉水的重量[12] - 抓取应用：将两个外骨骼组合成一对夹持器后，可成功抓取从荧光笔到番茄等各种大小和形状的物体[12] - 游泳应用：用两个外骨骼制作拍打式“鳍”，推动游泳机器人以每秒11厘米的速度前进，证明了生物材料在水下机器人领域的潜力[15] - 系统具有可回收性，使用后外骨骼和机器人底座可分离，大部分合成部件可重复使用[15] - 据研究人员所知，这是首个提出将食物残渣整合到机器人系统中的概念验证，将可持续设计与重复使用和回收相结合[15] 挑战与行业前景 - 该方法面临的主要挑战在于生物结构的天然差异性，例如每只海螯虾尾巴形状独一无二，导致双“指”夹持器两侧弯曲程度略有不同[17] - 解决此问题需要开发更先进的合成增强机制，如可调控制器[18] - 随着技术改进，整合生物衍生结构元素的系统将大有可为，例如应用于生物医学植入物或生物系统监测平台[18] - 将废弃生物材料转化为高科技产品，为可持续发展提供了新思路[18]