软夹持器因其固有的适应性、操作安全性和结构 simplicity 而受到广泛关注[[1], [2], [3]]。这些优势使得它们成为工业、医疗、农业、食品加工等领域中多种应用的经济有效解决方案[4,5]。过去几十年里，研究人员利用各种驱动机制（如气动[6,7]、形状记忆合金[8,9]、缆绳驱动[10,11]、电液[12,13]、磁力[14]和热能[15,16]）开发出了多种软夹持器设计。其中，气动软夹持器因其能够在包括包覆[19,20]、吸盘[21,22]、扭转[23]和缠绕[24]等多种抓取模式下实现超温和自适应抓取而受到特别关注。
尽管取得了这些进展，但气动软夹持器在实现快速、可靠和高效抓取方面仍面临诸多挑战和限制。首先，由于流体的粘性和材料的粘弹性，现有气动夹持器的驱动速度往往较慢[25]。为克服这一限制，研究人员探索了多种优化设计，例如通过优化内部通道的几何形状来减少流体体积需求[26]，或将微型化设计与纤维增强技术相结合[27]。最近的研究还探讨了利用弹性不稳定性机制来提高软夹持器的驱动速度，例如使用弹性阀门产生脉动气流[28]，或利用具有机械不稳定性的橡胶气球实现快速驱动[29]。虽然这些设计提高了气动软夹持器的驱动速度，但它们仍存在需要持续供气来维持抓取力以及易因漏气而导致抓取失败的问题。
为应对这些挑战，将双稳态结构集成到软夹持器中是一种有前景的策略。例如，通过将刚性双稳态结构与软气动执行器结合，开发出了多种具有增强抓取能力的双稳态夹持器，包括基于碳纤维增强塑料（CFRP）的双稳态夹持器[30]、基于钢壳的双稳态夹持器[31]以及基于弹簧连杆的双稳态夹持器[32,33]。最新的研究重点在于开发可调性和自主性的抓取系统，例如基于折纸技术的超灵敏夹持器[34]、具有多种模式的可编程双稳态夹持器[35]，以及结合软阀门的织物基自主双稳态夹持器[36]。双稳态设计策略使气动软夹持器能够实现快速响应和高效抓取。然而，这些夹持器主要依赖正压驱动，因此需要精确的压力调节和控制以防止过压造成的结构损坏。
最近，屈曲驱动执行器作为一种新型的真空驱动机制在软体机器人领域受到了关注，其原理是利用软梁的协同屈曲[37], [38], [39], [40]。基于屈曲执行器的受控变形和非线性运动，已经开发出了多种软夹持器。例如，Yang等人[37]首次提出了可用于驱动夹持器的屈曲执行器。随后，Wang等人[41]通过数值建模分析了屈曲驱动夹持器的旋转角度和接触力。Guo等人[42]优化了屈曲执行器的腔体布局和形状，以提高软夹持器的机械性能。Barvenik等人[43]开发了一种具有触觉感知功能的薄壳屈曲基软夹持器。尽管这些基于真空驱动的软夹持器表现出可靠的驱动性能并避免了爆裂风险[40]，但它们的抓取速度较慢，且需要持续的能量输入，并且缺乏自主控制能力。
作为重要的设计灵感来源[[44], [45], [46]]，动物进化出了多种利用弹性能量的智能行为[[47], [48], [49], [50]]。值得注意的是，大多数鸟类能够利用储存在其柔顺肌腱中的弹性能量实现高速驱动和零功率抓取[51]。某些猛禽凭借独特的驱动机制成为顶级捕食者，这体现在它们出色的狩猎能力上（图1a）。其中一个关键因素是它们能够将缓慢的肌肉收缩转化为快速的爪子运动[52]。此外，猛禽拥有复杂的视觉系统，能够在接近目标时进行精确的爪子控制[53,54]。接近感应对于软夹持器实现智能抓取非常有用，例如受章鱼启发的水下粘附夹持器[55]就是这一功能的例证。然而，据我们所知，接近感应很少被集成到多指气动软夹持器中以实现开合控制。
在这里，我们介绍了一种受鸟类启发的屈曲驱动气动软夹持器，该夹持器结合了真空驱动的屈曲执行器、具有弹性不稳定性的软指以及红外感知系统，从而实现快速和自主的抓取（图1b）。屈曲执行器与两个红外传感器紧密耦合，用于实时接近感应。软指的设计基于对蜂鸟双稳态不稳定性的最新发现[56]。此外，还开发了一种基于红外信号处理的气动控制系统，使夹持器能够通过真空驱动自主开合。我们的设计策略模仿了鸟类的先进驱动、控制和感知能力，从而提高了气动软夹持器的抓取能力。通过结合真空驱动的屈曲机制和双稳态切换功能，夹持器在真空释放后能够保持抓取状态，无需持续的能量输入。此外，使用真空（负压）进行驱动避免了正压双稳态夹持器固有的过压爆裂风险。集成的红外感知功能实现了完全自主的操作循环，并能可靠地抓取各种形状的物体，如环状物、球体和圆柱体。
