伸展人造皮膚可以讓機器人從此擁有觸覺ROB

草根影響力新視野 編譯 鍾藝

來源 https://www.livescience.com

ROB

圖片來源:Cunjiang Yu

最近一項研究顯示,由電子橡膠和感測器組成的一種材料即使在被拉伸長達50%長度時也能正常工作,科學家計劃將這項材料作為機器人的人造皮膚。除了可以應用在機器人領域,它還可以為各種電子設備配備上靈活的感應功能。研究人員表示,與人體皮膚一樣,該材料能夠感應到壓力和溫度。

休斯頓大學機械工程助理教授Cunjiang Yu說:「伸展人造皮膚看上去就是一塊橡膠,但它具有電路和感測器的功能。」 Yu和他的團隊在9月8日在《科學進步》雜誌上詳細描述了他們的這項材料創新。研究團隊表示該高科技橡膠材料具有廣泛的應用,從生物醫學植入物到可穿戴電子,從數字化服裝到智能手術手套,這些都是這項材料可以大顯身手的領域。

因為該材料最初的原始狀態是液體形式,所以可以被倒入模具中,再加工固定成為合適的大小和形狀。除了這種定型方法,它甚至可以像一種橡膠基油墨一樣使用,通過3D列印變成各種不同的物體。

Yu說,在所有該材料可以應用的實例中,最有趣的應該是在機器人身上的應用。人類希望能夠和機器人如正常同事一樣工作。 但是為了這一願望得以安全實現,機器人本身需要能夠充分感知其周圍環境。被裝備了人造皮膚的機器人被賦予了感知能力,從很堅硬的鋼鐵物體變成了柔軟有感知的類人物體,他們的這一改變將會極大促進機器人和人類之間的合作關係,機器人也不再僅是一種冰冷的工具存在。在開發研究試驗中,Yu和他的同事成功利用人造皮膚準確感測一杯水的冷熱程度,並利用計算機信號將溫度通過手語的形式展現出來告知研究人員。

在世界各地的研究實驗室,眾多科學家們也都在開展各種探索來生產更具有靈活性的彈性高分子半導體或者晶體管。但這些想法的主要挑戰在於,它們太難批量生產,或通過材料傳輸電子的效率並不高。研究人員表示,人造皮膚這項材料可以解決這兩個問題:這項材料的原料是低成本的,性能穩定,同時可以實現大規模生產。

Yu和他的同事通過將微型半導體納米原纖維(比人類頭髮稀釋1000倍的納米線)混合到廣泛使用的硅基有機聚合物(稱為聚二甲基硅氧烷或簡稱PDMS)的溶液中製成了可拉伸材料。當在140華氏度(60攝氏度)下乾燥時,溶液硬化成可伸展的材料,在該階段研究人員嵌入數百萬個攜帶電流的微小納米線。研究人員將材料應用到機器人手的手指上。人造皮膚作為感測器工作,當手指彎曲時會產生不同的電信號來進一步指導機器人的行為。

雖然現在研究成果已經深得科學界和商業的極大關注,但是Yu表示,他和他的同事已經在努力更進一步提高材料的電子性能和拉伸性,最新的試驗進展已經比之前預計達到的試驗效果和標準高出50%。

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