革命性機器人夾爪：節能高效，降低生產成本

能源消耗一直是工業生產中的一大挑戰，高昂的能源成本不僅推升了生產費用，更加劇了氣候危機。然而，德國薩爾蘭大學的研究團隊正開發一種新型機器人技術，其耗電量僅為傳統系統的10%，這項突破性技術有望為工業生產帶來革命性的改變。

這項技術的核心在於使用輕量化的形狀記憶材料，打造出無需額外感測器的非氣動式工業夾爪系統。由Stefan Seelecke教授和Paul Motzki教授領導的研究團隊將在今年漢諾威工業展上展示這項創新技術。

現代工業生產中，機器手臂已廣泛應用於各種任務，如固定工件、組裝電路板、搬運零件等。然而，這些機器手臂在運作時往往持續消耗大量能源，累積起來耗電量驚人。傳統的夾爪系統多採用氣動設計，不僅噪音大、重量重，且零件容易磨損，限制了微型化的可能性，也難以快速重新程式設計，甚至可能對生產線上的工人造成安全隱患。

這項新技術則有望讓未來的工業機器人變得更輕巧、靈活且節能。研究團隊利用形狀記憶合金（SMA）開發出新型夾爪系統，不僅能大幅降低能源消耗，還能減少生產成本，對環境保護也有正面影響。

在今年的漢諾威工業展上，研究團隊將展示多款原型機，包括真空夾爪和爪式夾爪系統。這些夾爪系統無需持續供電即可安全抓取和操作工件，僅需短暫的電流脈衝即可控制。薩爾布魯肯的夾爪系統完全由電驅動，由超細鎳鈦形狀記憶合金絲束組成，這些絲束不僅能提供強大的力量，還能像神經纖維一樣傳遞訊號。

鎳鈦合金的特殊性質在於其能在兩種晶格結構之間切換。當電流透過合金絲時，材料會發熱並改變晶格結構，導致絲線縮短；電流關閉後，絲線冷卻並恢復原狀。這種「形狀記憶」特性讓這些絲線能在極小的空間內發揮巨大的力量，並觸發精確的微小動作。

Motzki教授解釋道：「鎳鈦形狀記憶合金具有所有已知驅動機制中最高的能量密度，因此我們能在極小空間內產生強大的拉力。」舉例來說，直徑僅0.5毫米的絲線就能產生約100牛頓的拉力，相當於10公斤的重量。研究團隊使用更細的絲線束，以增加表面積並加快冷卻速度，從而實現快速、高頻的動作和穩定的拉力。

薩爾布魯肯的工程團隊在這方面甚至創下了世界紀錄：使用20根直徑僅0.025毫米的超細絲線束，他們能在200赫茲的頻率下產生5牛頓的力。根據應用需求，研究團隊能調整絲線的粗細和數量，以滿足不同的效能要求。

這項技術的另一大優勢在於其自我感測功能。傳統夾爪通常依賴外部感測器的反饋，但薩爾布魯肯的技術已將感測功能內建於系統中，由半導體晶片控制。形狀記憶絲線本身就能提供所有必要的資料，AI系統能精確地將電阻資料與絲線的變形程度相關聯，從而實時掌握絲線束的精確位置。

「與現有的工業機器人不同，我們的系統能快速且輕鬆地重新程式設計，甚至能在運作中即時調整。夾爪能根據工件的幾何形狀進行適應，」Motzki教授補充道。

在漢諾威工業展上展示的原型機中，爪式夾爪能快速且精確地抓取工件，並以鉗狀方式牢固固定，以便機器手臂系統將其移動到指定位置。這款原型機能產生4牛頓的力，但技術在尺寸、夾爪行程和力量方面都具有可擴充套件性。

另一款展示的原型機是真空夾爪，其夾爪指尖配有真空吸盤。僅需短暫的電流脈衝即可產生並釋放承載真空。這種真空夾爪機制是透過將超細形狀記憶合金絲束排列成環狀肌肉，圍繞一個可上下翻轉的金屬盤實現的。

「自我感測功能意味著我們的系統具有內建的狀態監控，夾爪能判斷產生的真空是否足以支撐負載，」Motzki教授總結道。這項技術不僅能大幅節能，還能提升工業生產的效率和安全性，為未來的智慧製造開闢了新的可能性。