首爾國立大學(xué)(SNU)的研究人員開發(fā)了一種新型3D打印傳感器，使人類能夠與變形的軟機器人系統(tǒng)進行遠程交互。
事實證明，該多功能裝置可以隨意拉伸和彎曲成復(fù)雜的形狀，還具有光學(xué)、微流體和壓阻傳感功能。在測試期間，該團隊能夠?qū)⑵鋫鞲衅骷傻娇纱┐骱图铗?qū)動的致動器中，從而允許用戶遠程控制多個機器人設(shè)備。
研究人員可以將他們的3D打印傳感器(如圖所示)集成到多個軟機器人設(shè)備中。
圖片來自《科學(xué)機器人》雜志。
讓柔軟的機器人更加靈敏
為了使機器人系統(tǒng)與環(huán)境和人類更好地互動，科學(xué)家們做了大量的研究。最初，這些研究集中在可以響應(yīng)輸入(如電阻或光強)的傳感器上，但許多傳感器一次只能檢測一種變形模式。
雖然微流控和織物器件在這一領(lǐng)域顯示出了前景，但它們只能區(qū)分一種傳感元件，因此無法區(qū)分不同類型。考慮到單個激勵可以引起多個變形響應(yīng)，創(chuàng)造一個適應(yīng)性更強的軟傳感器還是非常必要的。
已經(jīng)采用了各種方法來制造多模式機器人，包括在彈性結(jié)構(gòu)中嵌入流體通道或傳感元件。然而，將傳感器物理組合到一個結(jié)構(gòu)中通常會影響它們的尺寸，并增加設(shè)計和制造過程的復(fù)雜性。
使用3D打印，科學(xué)家可以將三種不同的傳感元件集成到一個設(shè)備中(如圖所示)。
圖片來自《科學(xué)機器人》雜志。
該團隊的新型多模式傳感器
為了克服之前項目的局限性，團隊3D打印了一個多功能傳感器，它可以檢測到單一的變形模式，并立即將它們?nèi)拷怦睢Ｔ撗b置本身具有微流體通道，通道內(nèi)填充有離子液體、彈性外殼和導(dǎo)電織物層。
理論上，當(dāng)團隊的設(shè)計變形時，它的通道會充當(dāng)傳感器，改變電阻。為了將其付諸實踐，研究人員將他們的設(shè)備置于不同的力下，并部署了機器學(xué)習(xí)技術(shù)，以在模擬過程中測量其多模態(tài)能力。
在施加局部接觸壓力之前，傳感器從旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的中性軸彎曲，以模擬拉伸、壓縮和彎曲。結(jié)果表明，裝置信號的靈敏度隨施加壓力的位置而變化，表明它可能對外界刺激作出反應(yīng)。
為了證明他們的傳感器在人機界面方面的潛力，科學(xué)家們建造了兩個原型系統(tǒng)。一個是可穿戴設(shè)備，使用戶能夠精確控制無人機和機械臂，另一個是由四個執(zhí)行器組成的軟機器人“手腕”，可以對外力做出反應(yīng)。
雖然團隊承認還需要進一步的測試來消除人工生產(chǎn)步驟，但與其他設(shè)計相比，他們認為他們的設(shè)備是向前邁出的重要一步。未來，科學(xué)家們相信他們的傳感器可以應(yīng)用于大型機器人，從而為它們提供多達十種不同的傳感功能。
軟機器人技術(shù)的進展
研究人員越來越多地采用3D打印技術(shù)來制造具有更復(fù)雜設(shè)計和高級功能(從感覺走路到出汗)的軟機器人。
來自浙江理工大學(xué)，天津大學(xué)，南京來自理工大學(xué)和立命館大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出3D打印的柔軟機器人手指。該團隊制作了他們的加法圖，以證明各種材料可以用來簡化機器人的生產(chǎn)過程。
與此同時，康奈爾大學(xué)的研究人員3D打印出了一種柔軟的機器人肌肉，可以通過汗水控制內(nèi)部溫度。柔性手指驅(qū)動器可以使無約束機器人長時間運行而不會過熱。
在其他地方，加州大學(xué)圣地亞哥分校的一個團隊已經(jīng)部署了增材制造來生產(chǎn)受行走昆蟲啟發(fā)的機器人。有預(yù)算意識的機器人旨在降低尋求進入這一領(lǐng)域的愛好者和研究人員的入門成本。