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优秀的产品设计：机器人用夹持器与“风行多国”的指尖陀螺。这些产品具体优秀在哪里，就让我们来一起探讨下。
机器人用夹持器：抓取各种物体，只靠一个内置咖啡粉的唇形吸盘
下图是专为机器人设计的一款吸附式夹持器，能够吸起草莓、碗、红酒瓶等各种形状的物体。一方面，这种夹持器的前端唇形吸盘部分具有很强的柔软性，能够变化成与物体密切接触的形状；另一方面，吸附时又能保持变形的状态。其实，唇形吸盘是高弹性产品，内部封入了某种物质。那么，这种唇形吸盘里面到底装了什么呢？
其实，夹持器的前端装满了咖啡豆磨成的粉。高弹性的唇形吸盘像甜甜圈一样，呈中空的圆筒形，能随着内部咖啡粉的移动来改变形状。利用强压下粉末的阻塞现象，进行吸附和固定这款为机器人设计的吸附式夹持器由日本神户市立工业高级专门学校副教授清水俊彦发明。唇形吸盘内部用的管子与真空源相连（有单独的开关阀来分别控制其与真空源的连接），既能抽空唇形吸盘内部的空气来减压，又能充气恢复气压。真空源又与唇形吸盘所形成的空间（甜甜圈形状的洞）相连，因此能够利用夹持器吸附物体。
抓取物体时，首先要将唇形吸盘按压在物体上。这时，唇形吸盘内部是充斥着气压的状态。由于唇形吸盘内部的粉能够自由移动，所以它可变成所抓取物体的形状，使夹持器前端与物体无缝隙接触。
唇形吸盘内充满大气压，以柔软的状态按压在物体上，使之变形并密切接触物体。之后，排出唇形吸盘内的空气，使之固定，再抽空唇形吸盘与物体所形成的空间的空气来吸取物体。在这种状态下，连接唇形吸盘的管子的开关阀会打开，进行排气，咖啡粉也会聚集并凝固起来。这里利用了强压下粉末的阻塞现象，提高粉体密度使之失去流动性。接着，密切吸附在物体上的唇形吸盘会与物体表面形成一个密闭空间，里面的空气通过夹持器中间的管道被抽出去。由于唇形吸盘已经固定，因此即使密闭空间的压力下降，也不会变形，从而获得对物体的吸附力。
抓持各种形状的物体，只需一个唇形吸盘这款夹持器的开发目的，是能利用一个夹持器抓取各种大小、各种形状的物体。为开发提供支持的吸盘生产商妙德公司（总部位于东京）在“机器人展”（年11月29日～12月2日，东京国际展示场）上，展示了能够抓取各种蔬菜的夹持器模型。一般的吸盘是由柔软的弹性物质或橡胶制作而成，圆盘中央有些鼓起，呈斗笠状。
虽然按压在物体表面上也能变形，但变形程度非常有限。因为唇形吸盘内部的咖啡粉能够自由移动，所以比橡胶或弹性物质做成的吸盘更能应对各种形状的物体。当然，不是只有咖啡粉才能实现阻塞现象。但据清水教授解释，利用咖啡几乎是研究人员的传统。他认为：“当粉的形状不固定，粉的颗粒本身具有柔软性，且能提高密度时，粉的颗粒就能聚在一起。”通过利用粉末阻塞，即便不使用吸附力也能抓取物体。通过唇形吸盘的变形来包住并固定物体，从而抓持比夹持器更小巧、更轻便的物体。
内置粉末的唇形吸盘还可用于无人机清水教授的团队还想出一个创意：在无人机上安装这款夹持器，使之像蝉一样吸附在墙壁上。只要使之吸附在墙壁上，然后抽出墙壁与夹持器之间的密闭空间内的空气、关掉螺旋桨，就能节省电池。如果密闭空间内有空气慢慢渗入，只需要每隔一段时间抽出空气，就能用很少的能量让无人机静止很长的时间。
据清水教授介绍，无人机用的唇形吸盘采用的是泡沫苯乙烯粉末。这种粉末十分轻便，颗粒之间的摩擦很少，能灵敏行动，唇形吸盘内部容易恢复柔软的状态。清水教授说：“咖啡粉有一个弱点——当它处于固态时不易变形，能够支撑物体，具有很强的抓持力。但即便唇形吸盘内部恢复了大气压，多少还是会残留有上次抓取的物体形状，导致难以抓取下一个物体。”也有研究称：使用白米能够使状态转变发挥很好的效果。清水教授则认为：“在利用状态转变时，里面填充用的粉还是应该根据用途不同来选择。”至于夹持器中用到的粉末种类，还要进一步进行研究。
“世界第一”的指尖陀螺：最关键的保持器，由陶瓷滚珠和金属制成
指尖陀螺也称“掌上陀螺”，是一种用来打发无聊时间的玩具。年12月11日，日本美蓓亚三美公司与日本三菱精密公司共同开发的指尖陀螺“RealSpinMs′”获得了吉尼斯世界纪录的认证，认证内容为“在手指上旋转时间最长的指尖陀螺”，认证持续时间为24分钟46.34秒。为实现长时间旋转，两家公司严格挑选了轴承结构。氮化硅材质的滚珠韧性更高，易于保持真球度RealSpinMs′采用的是陶瓷球和金属制成的保持器的组合。负责轴承设计的三菱精密为研究出能最大化延长指尖陀螺旋转时间（也就是使动力损耗降低到最小水平）的轴承组合，进行了多角度的对比试验，如滚珠、保持器、内轮、外轮的材质及形状等，以期能找出最合适的组合条件。
两家公司通过实验对比，来研究轴承构成。首先，他们把钢珠滚珠和陶瓷滚珠进行了比较。陶瓷滚珠选取了氮化硅（Si3N4）制品和氧化锆（ZrO2）制品两种。结果表明，氮化硅制成的滚珠具有更高的韧性，更易于保持真球度（即球形度），旋转时间最长。其次，为了选出能将滚珠等距离间隔开来的保持器，他们对比研究了3种物品，分别是“波形保持器”“冠形保持器”和“树脂保持器”。其中，“波形保持器”是用两个压制钢板部件夹住球；“冠形保持器”是把压制成型的钢板制成类似王冠的形状，并将其放入U形凹槽中；“树脂保持器”则是将聚酰胺类或聚缩醛类树脂模塑、切割并精加工成冠状。
从实验结果来看，和滚珠接触面积最小的金属材质的冠形保持器最符合研究人员的要求。最后，针对轴承，研究人员对比研究了滚珠直径和内部游隙大小。例如，研究表明：在内部游隙中，径向游隙越大，旋转时间越长。所谓径向游隙，是指在内圈固定的状态下，外圈在半径方向上移动的距离。径向游隙越大，抵抗力越小。一般情况下，轴承如果过大，旋转时会变得不稳定。而指尖陀螺不需要轴承去承受太大的负荷，所以优先考虑的是如何控制抵抗力，径向游隙要确保在一般轴承的3倍左右。
有效利用现有技术和产品，搭配出最佳组合除了轴承，研究人员还对其他零件的材质、形状和加工方法进行了研究，确定了技术规格。美蓓亚三美与日本三菱精密最看重的，是如何有效利用现有产品和技术，搭配出最佳组合。也就是说，他们并没有专门针对指尖陀螺开发新技术，而是组合现有技术去谋求最合适的设计。
例如，轴承中用的氮化硅滚珠，也曾被用在旋转速度可达45万转/分（rpm）的牙科器具上。至于最外侧的零部件——环，以及用来连接轴承的轮子，采用的则是飞机轴承连杆的制造工艺。轮子是用铝合金中硬度最高的“A系列”材料切割加工而成，更薄更轻。固定中间部位的支架和轴承的螺母，则充分利用了多年制造医疗器械和精密仪器的成熟技术，提高了成品质量。而支架下端做成了适合指尖的形状，便于在旋转时支撑起指尖陀螺。真空包装，确保宇航级品质承担整体设计和组装工作的三菱精密采用的是太空装备的设计和制造技艺。三菱精密正在研究一种人造卫星惯性基准装置，并以该装置搭载的陀螺仪技术为基础，对陀螺构造进行了详细研究，以期提高指尖陀螺的惯性力矩。
具体来说，就是用AI合金打造陀螺内轮，用黄铜制作外轮，在控制陀螺整体重量的同时，追求惯性力矩的最大化。安装和实验是在公司工作室内进行的，这个工作室平时在制造太空装备时才能用。研发人员充分利用精密清洗技术，将可能造成旋转阻碍的润滑油控制到微量单位之后再进行组装。其他零部件也是如此，每个零部件，不光是个体成型后会被清洗，每组装一次，还会再次清洗。其目的，是为了维持“宇航级品质”，彻底清除灰尘及微粒。三菱精密还将指尖陀螺真空包装后再进行发售。
完成安装后的陀螺，市场售价为日元（不含税）。在数百日元就可以买到的指尖陀螺市场，这款指尖陀螺可谓天价。但它自年12月初次发售起就异常火爆，年2月追加销售的个指尖陀螺也被抢购一空。
