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新加坡国立大学开发能自适应的光驱动结构,使软机器人具有自我感知能力!

人类和动物都会通过外界环境的变化而做出反应,这个过程是通过神经反射活动来完成的。比如你在猫咪身后放一根黄瓜,它会这样:



机器人没有人体的神经系统和感觉系统,仅能通过传感器获得有限的感知能力,这阻碍了当代智能机器人的发展。

电影《超能陆战队》里软萌可爱的机器人大白可以感受到主人的情绪,时不时的来一个抱抱安慰。而现实生活中具有感知功能的柔软机器人也逐渐走进了我们的视线。



新加坡国立大学的研究人员开发了一种体感光驱动薄膜结构(SLiR),可以同时感应应变和温度。使软机器人对其身体状况以及周围环境产生复杂的感知。SLiR由柔性薄膜复合材料组成,像小朋友平时做的手工剪纸一样,可以制成任意形状和尺寸的机器人,比如蝴蝶,蜜蜂或蜘蛛。




光驱动原理

研究人员将应变传感器,光敏传感器和活性材料紧凑地集成到厚度约为115 µm的薄膜SLiR中。光敏传感器可感知光的存在;活性材料为聚合物链状的微型结构,当吸收光后将其转换为热,聚合物链的方向随着温度变化,向上弯曲拱起。而活性材料紧贴着应变传感器,形变使传感器内部的电阻增加,转化为SLiR的位移变化。




SLiR仿生手

基于光驱动的柔性薄膜复合材料,研究人员制作了SLiR仿生手,模拟人类的手的感知能力,具有光感受,热感受,本体感受,与特定的刺激触发等功能。每个手指可以独立弯曲,当手指反复弯曲或伸直时,阻力会根据特定的手指移动而变化。手指可以感受热水杯和冷水杯的不同温度,还可以区分不同物体的柔软度或硬度。研究人员使用光脉冲驱动食指向拇指弯曲以进行捏紧动作,测试了捏紧三个不同物体(海绵,硅胶和聚苯乙烯泡沫)时的输出电阻,仿生手可以区分它们的相对柔软度,识别出海绵是最柔软的物体。




SLiR蜈蚣机器人

研究人员制作了基于SLiR薄膜的蜈蚣机器人,能像蜈蚣一样蜷曲着爬行。当机器人的后半身感受到光后会向上拱起,而前半身保持静止,光消失后恢复伸长,机器人整体向前运动。



如果将光脉冲施加到蜈蚣机器人身体的一侧,可控制机器人的转向运动。



当触摸蜈蚣机器人的触角时,它可以感知出手指的触摸力强度,以电阻的变化形式传输到便携式显示屏上。




总结与展望

SLiR机器人具有多任务功能和信息反馈,可以像人类和动物一样具有感知能力,如热/冷的感知,硬度/柔软度感知。此外,不受束缚的SLiR机器人能够执行爬行和转弯运动,以及无线光强度和人为触摸感应。这些感知和光驱动功能可以启发未来智能软机器人多种设计。具有嵌入式传感系统的SLiR在主动人机交互,可穿戴机器人,环境数据收集机器人以及驱动和传感系统等方面具有无限潜力。

原文链接:
onlinelibrary.wiley.com

论文题目:
Somatosensory,Light‐Driven, Thin‐Film Robots Capable of IntegratedPerception and Motility

发布于 04-30

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