Flytande metall-universalklämman för skonsam, anpassningsbar manipulation i flera skalor

En mjuk robot som flyter som en levande cell

Föreställ dig en robothand som varsamt kan plocka upp ett maskrosfrö, en levande fisk, ett dammkorn och en tung frukt, allt med samma lilla enhet — och göra det under vatten, i syra eller i öppen luft. Den här studien presenterar just det: en "universalklämma" gjord av flytande metall som flyter och omformar sig likt en amöba, vilket gör att maskiner kan hantera föremål som är för ömtåliga, för små eller för märkligt formade för dagens robotar.

Varför skonsamt grepp är så svårt

Vanliga robot-händer är utmärkta på att greppa stadiga, regelbundna föremål, som kartonger eller verktyg, men de har svårt med ömtåliga, mjuka eller mikroskopiska mål. Flerfingerhänder kan krossa sköra objekt eller missa mycket små sådana. Klämmare som omsluter föremål i mjuka påsar eller använder korn som låser sig kan anpassa sig efter formen, men de kräver ofta skrymmande pumpar eller uppvärmning och kan ändå inte hålla snabba djur eller mycket små delar säkert. Adhesiva verktyg kan plocka upp mikroskopiska chipp eller fibrer, men har svårt att släppa taget på kommando. I fabriker, laboratorier och biologisk forskning kvarstår ett stort gap: hur man greppar och sedan rent släpper allt från levande organismer till mikroapparater, över ett enormt storleksspann och i väldigt olika miljöer.

Lånar ett knep från amöbor

Amöbor, encelliga organismer, löser detta med en kropp som beter sig som en mycket mjuk vätska. De flyter runt bytet, omsluter det och klämmer sedan ut det. Forskarna efterliknar denna strategi med droppar av galliumbaserad flytande metall blandad med små järnpartiklar. Vid rumstemperatur förblir dessa metaller flytande, men de kan dramatiskt ändra hur starkt deras yta drar ihop sig när en liten spänning appliceras. I den nya flytande metall-universalklämman sitter en droppe i en mjuk 3D-utskriven kavitetsform i kontakt med ett tunt lager salt lösning. När teamet skickar en elektrisk signal försvinner metallens ytspänning nästan helt och den sprider sig och omsluter vad som än är i närheten — vare sig det är ett glasbricka, ett vridet skal eller en levande mask — både i vätskor och i luft.

Från mjuk flöde till starkt grepp

För att göra denna flytande droppe till en fast hand använder enheten magnetism. Eftersom metallen innehåller järnpartiklar gör en elektromagnetisk spole under kavitetsformen att vätskan beter sig mer som ett mjukt fast material. Den omslutna metallen hakar då i objektets yta och ger överraskande styrka. Klämman kan hålla föremål med en vikt upp till cirka 200 gram — som paprikor, apelsiner eller broccoli — samtidigt som den fungerar i millimeterskala. Mindre versioner är särskilt effektiva och kan bära laster mer än tusen gånger massan av den flytande metall de innehåller. Samtidigt kan kontaktytan hållas så låg som cirka 10 pascal, långt under vad som skulle skada tofu, geléaktiga alger eller många små djur, vilket gör den exceptionellt skonsam.

Släppa taget i blixtens hastighet

Att släppa små föremål är ofta svårare än att plocka upp dem, eftersom osynliga krafter som adhesion och ytspänning får dem att fastna. Här erbjuder samma flytande metall en inbyggd lösning. Genom att växla den elektriska signalen återställs metallens ytspänning till ett mycket högt värde. Droppen drar sig samman, ungefär som ett uttänjt gummiband som plötsligt släpper, och svingar iväg vad den höll. Experiment visar att ett människohår eller mikroskopiska partiklar kan kastas iväg på bara några tusendelar av en sekund och nå accelerationer upp till cirka 42 gånger jordens gravitation — snabbare än någon annan rapporterad klämma. Viktigt är att forskarna kan ställa in denna frigöringshastighet genom att justera spänningen, och därigenom växla kraft mot säkerhet när man hanterar särskilt ömtåliga prover.

Hantering av levande vävnad utan skada

För att testa om sådana dramatiska åtgärder är säkra för levande vävnader använde teamet klämman för att flytta tidiga zebrafish-embryon — små, känsliga sfärer som ofta används i biologiska laboratorier. Jämfört med en standardpipett arbetade det flytande metallverktyget mycket snabbare och med högre framgångsfrekvens, men embryona visade inga tecken på ökat stresspåslag, missbildningar eller försämrad rörelse under utvecklingen. Klämman fångade också snabbrörliga kackerlackor, slingrande daggmaskar och hala yngel utan påtaglig skada, vilket antyder framtida användningar inom ekologi, akvakultur och biomedicinsk forskning där precis men skonsam hantering är avgörande.

En ny typ av universell robotisk känsel

Studien visar att genom att kontrollera hur en droppe flytande metall flyter, härdas och fjädrar tillbaka kan en enhet greppa och aktivt släppa föremål över ungefär 14 storleksordningar i vikt, från mikroskopiska pärlor till vardagliga livsmedel, och göra det i luft, havsvatten, basiska eller sura lösningar. För icke-specialister är huvudbudskapet att robotar inte längre behöver olika händer för varje uppgift: en enda, amöbaliknande flytande metall-klämma skulle en dag kunna låta maskiner interagera säkert med allt från levande celler till ömtålig elektronik, och ge en mer anpassningsbar, skonsam och precis beröring åt både industri och medicin.

Citering: Chen, X., Zhang, M., Cao, L. et al. Liquid metal universal grippers for gentle, adaptable, multiscale manipulation. Nat Commun 17, 3548 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70313-6

Nyckelord: mjukrobotik, flytande metall, universalklämma, mikroskalig manipulering, biomedicinsk hantering