首爾科學(xué)家3D打印多功能軟件傳感器可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互

魔猴君  行業(yè)資訊   1465天前

首爾國(guó)立大學(xué)（SNU）的研究人員開發(fā)了新穎的3D打印傳感器，使人類能夠與變形的軟機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程交互。事實(shí)證明，該多功能設(shè)備能夠隨意拉伸和彎曲成復(fù)雜的形狀，它還具有光學(xué)，微流體和壓阻傳感功能。在測(cè)試期間，該團(tuán)隊(duì)能夠?qū)⑵鋫鞲衅骷傻娇纱┐骱图?lì)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行器中，從而使用戶可以遠(yuǎn)距離控制多個(gè)機(jī)器人設(shè)備。

研究人員能夠?qū)⑵?/span>3D打印傳感器（如圖所示）集成到多個(gè)軟機(jī)器人設(shè)備中。圖片來(lái)自《科學(xué)機(jī)器人》雜志。

使軟機(jī)器人更加敏感

為了使機(jī)器人系統(tǒng)與環(huán)境和人類更具交互性，科學(xué)家已經(jīng)進(jìn)行了大量研究。最初，這些研究集中在能夠?qū)斎耄ɡ珉娮杌蚬鈴?qiáng)度）做出響應(yīng)的傳感器上，但是許多傳感器一次只能檢測(cè)一種變形模式。盡管微流體和織物設(shè)備在這一領(lǐng)域已顯示出希望，但它們只能區(qū)分一個(gè)傳感元件，因此無(wú)法區(qū)分不同類型?？紤]到單個(gè)刺激可以引起多個(gè)變形響應(yīng)，因此仍然非常需要?jiǎng)?chuàng)建一種更具適應(yīng)性的軟傳感器。

已經(jīng)采取了多種方法來(lái)創(chuàng)建多模式機(jī)器人，包括將流體通道或傳感元件嵌入彈性體結(jié)構(gòu)中。然而，將傳感器物理地組合成一個(gè)結(jié)構(gòu)經(jīng)常影響它們的尺寸，并增加了設(shè)計(jì)和制造過(guò)程的復(fù)雜性。

使用3D打印，科學(xué)家們能夠?qū)⑷齻€(gè)不同的傳感元件集成到一個(gè)設(shè)備中（如圖所示）。圖片來(lái)自《科學(xué)機(jī)器人》雜志。

團(tuán)隊(duì)的新型多模式傳感器

為了克服先前項(xiàng)目的局限性，團(tuán)隊(duì)3D打印了一個(gè)多功能傳感器，該傳感器能夠檢測(cè)單個(gè)變形模式并立即將它們?nèi)拷怦睢Ｔ撛O(shè)備本身具有微流體通道，該通道中充滿了離子液體，彈性外殼和導(dǎo)電織物層。從理論上講，當(dāng)團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)發(fā)生變形時(shí)，其通道將充當(dāng)傳感器并改變其電阻。為了將其付諸實(shí)踐，研究人員將他們的設(shè)備置于不同的力下，并在模擬過(guò)程中部署了機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)以測(cè)量其多峰能力。

在施加局部接觸壓力之前，將傳感器從旋轉(zhuǎn)接頭的中性軸彎曲，以模擬拉伸，壓縮和彎曲。結(jié)果表明，設(shè)備信號(hào)的靈敏度隨施加壓力的位置而變化，表明它可能對(duì)外部刺激產(chǎn)生反應(yīng)。為了證明他們的傳感器在人機(jī)界面中的潛力，科學(xué)家構(gòu)建了兩個(gè)原型系統(tǒng)。一種是可穿戴設(shè)備，使用戶能夠精確控制無(wú)人機(jī)和機(jī)械臂，而另一種則是由四個(gè)執(zhí)行器組成的軟機(jī)器人“手腕”，可以對(duì)外力產(chǎn)生反作用。

盡管該團(tuán)隊(duì)承認(rèn)需要進(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)試以消除手動(dòng)生產(chǎn)步驟，但與其他設(shè)計(jì)相比，他們認(rèn)為自己的設(shè)備是向前邁出的重要一步。未來(lái)，科學(xué)家們相信他們的傳感器可以應(yīng)用于大型機(jī)器人中，從而為他們提供多達(dá)十種不同的傳感功能。

軟機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步

研究人員正越來(lái)越多地采用3D打印技術(shù)，以制造具有更復(fù)雜設(shè)計(jì)和高級(jí)功能（從感覺(jué)到走路到“出汗”）的軟機(jī)器人。來(lái)自浙江工業(yè)大學(xué)，天津大學(xué)，南京理工大學(xué)和立命館大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出3D打印的軟機(jī)器人手指。該團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)了他們的加法數(shù)字，以證明可以采用多種材料制造來(lái)簡(jiǎn)化機(jī)器人生產(chǎn)過(guò)程。同時(shí)，康奈爾大學(xué)的研究人員用3D打印了一條柔軟的機(jī)器人肌肉，該肌肉可以通過(guò)汗水控制內(nèi)部溫度。柔軟的手指狀致動(dòng)器可以使不受束縛的機(jī)器人長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行而不會(huì)過(guò)熱。

在其他地方，加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的一個(gè)團(tuán)隊(duì)已部署增材制造，以生產(chǎn)步行昆蟲啟發(fā)的機(jī)器人。 精打細(xì)算的機(jī)器人旨在降低尋求進(jìn)入該領(lǐng)域的愛好者和研究人員的進(jìn)入成本。

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