7月19日消息，據(jù)科技媒體TechXplore報(bào)道，慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）慕尼黑機(jī)器人與機(jī)器智能研究所（MIRMI）的研究人員開發(fā)了一種皮膚傳感器，并同時(shí)研發(fā)了制造該傳感器的3D打印制造程序。
這些皮膚傳感器幾乎可以在任何類型的物體上使用，尤其可以應(yīng)用于機(jī)器人和假肢上。該皮膚傳感器由3D打印機(jī)制成，其原理是外層硅膠包裹液體導(dǎo)電材料，在觸碰不同類型物體時(shí)，傳感器的電阻發(fā)生變化從而獲得壓力和形狀等數(shù)據(jù)。
一、皮膚傳感器可塑性強(qiáng)，能附著在任意表面
研究人員Sonja Gro?說，“在與環(huán)境交互的過程中，行動(dòng)主體對(duì)環(huán)境的感知非常重要。”與對(duì)象交互時(shí)，主體需要感知的一個(gè)重要因素是外界物體的形狀。慕尼黑機(jī)器人與機(jī)器智能研究所（MIRMI）的研究人員也說到：“對(duì)外界的感知判斷決定了行動(dòng)主體將如何執(zhí)行任務(wù)。”除此之外，物體的物理特性會(huì)影響主體如何抓取和操縱它們，例如硬度和柔韌性等。
機(jī)器人和假肢的共通點(diǎn)是需要模擬人體感覺運(yùn)動(dòng)技能，例如手的感覺運(yùn)動(dòng)技能。在機(jī)器人技術(shù)中，力和扭矩傳感器（force and torque sensors）均集成于大多數(shù)設(shè)備中。這些傳統(tǒng)傳感器提供有關(guān)機(jī)器人系統(tǒng)與其周圍環(huán)境的感知反饋。然而，傳統(tǒng)傳感器難以定制任意外形，不能隨意附加到任意對(duì)象表面。
Sonja Gro?和Diego Hidalgo在2023年倫敦ICRA機(jī)器人會(huì)議上介紹了他們的研究成果——一種可以包裹在物體上的、柔軟的、類似皮膚的傳感器。Sonja Gro?和Diego Hidalgo的研究小組還開發(fā)了一個(gè)框架，可以盡可能自動(dòng)化皮膚傳感器的生產(chǎn)過程。Hidalgo說：“我們先用軟件構(gòu)建皮膚傳感器的整體結(jié)構(gòu)，然后將數(shù)據(jù)輸入3D打印機(jī)，用3D打印機(jī)完成結(jié)構(gòu)制作。”
3D打印機(jī)會(huì)將導(dǎo)電物質(zhì)注入液態(tài)硅膠中。硅膠變硬后，導(dǎo)電物質(zhì)被硅膠包圍并保持液態(tài)。當(dāng)傳感器被擠壓或拉伸時(shí)，傳感器的電阻就會(huì)發(fā)生變化。Hidalgo解釋稱：“這樣我們就能得知主體表面被施加了多少壓縮力或拉伸力。我們利用這一原理來了解與物體間的相互作用，尤其是學(xué)習(xí)如何控制機(jī)器人或假肢的人造手。”
二、皮膚傳感器可適應(yīng)不同表面
該皮膚傳感器的亮點(diǎn)在于，嵌入硅膠中的傳感器可以適應(yīng)不同表面（例如手指或手）。與此同時(shí)，它還可以提供用于與環(huán)境交互的精確數(shù)據(jù)。
“這些柔軟的皮膚傳感器為人工智能的高級(jí)觸覺傳感開辟了新的途徑。”慕尼黑機(jī)器人與機(jī)器智能研究所執(zhí)行主任Sami Haddadin教授說。皮膚傳感器能夠即時(shí)反饋有關(guān)壓縮力和變形的寶貴數(shù)據(jù)。這擴(kuò)大了機(jī)器人和假肢等物體的感知范圍，使機(jī)器交互可以更靈敏更復(fù)雜。
Haddadin解釋說：“皮膚傳感器或許會(huì)在機(jī)器人、假肢和人機(jī)交互等行業(yè)掀起一場(chǎng)革命，因?yàn)樗梢詾槿我馕矬w和機(jī)器創(chuàng)建無線和可定制的傳感器。”
結(jié)語：皮膚傳感器將為機(jī)器人和假肢領(lǐng)域帶來新的可能
慕尼黑機(jī)器人與機(jī)器智能研究所（MIRMI）的研究人員研發(fā)的皮膚傳感器通過硅膠包裹導(dǎo)電材料的設(shè)計(jì)，讓傳感器突破了兩大困境：一是3D打印的硅膠制品可以附著在任意表面，適用范圍更廣；二是導(dǎo)電材料的電阻可因外界壓力發(fā)生變化，從而獲取更靈敏的數(shù)據(jù)。
結(jié)合上述改進(jìn)，該技術(shù)不僅可以用于機(jī)器人制造，實(shí)現(xiàn)更為靈敏和精確的動(dòng)作控制，也可以用于假肢制造，輔助假肢患者的肢體感覺恢復(fù)，幫助他們恢復(fù)正常生活。除此之外，未來該皮膚傳感器或許還可以應(yīng)用于其他需要靈敏數(shù)據(jù)傳導(dǎo)的領(lǐng)域。
