首尔科学家3D打印多功能软传感器,使人机交互成为可能

3D打印科研前沿
2020
12/21
09:43
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2020年12月获悉,首尔国立大学(SNU)的研究人员开发了新颖的3D打印传感器,使人类能够与变形的软机器人系统进行远程交互。

事实证明,该多功能设备能够随意拉伸和弯曲成复杂的形状,它还具有光学,微流体和压阻传感功能。在测试期间,能够将其传感器集成到可穿戴和激励驱动的执行器中,从而使用户可以远距离控制多个机器人设备。

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研究人员能够将他们的3D打印传感器集成到各种软机器人设备中

使软机器人更加敏感

为了使机器人系统与环境和人类更具交互性,已经进行了大量研究。最初,这些研究集中在能够对输入(例如电阻或光强度)做出响应的传感器上,但是许多传感器一次只能检测一种变形模式。

尽管微流体和织物设备在这一领域已显示出希望,但它们只能区分一个传感元件,因此无法区分不同类型。考虑到单个刺激可以引起多个变形响应,因此仍然非常需要创建一种更具适应性的软传感器。

已经采取了多种方法来创建多模式机器人,包括将流体通道或传感元件嵌入弹性体结构中。然而,将传感器物理地组合成一个结构经常影响它们的尺寸,并增加了设计和制造过程的复杂性。

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使用3D打印,科学家们能够将三个不同的传感元件集成到一个设备中

团队的新型多模式传感器
为了克服先前项目的局限性,团队3D打印了一个多功能传感器,该传感器能够检测单个变形模式并立即将它们全部解耦。该设备本身具有微流体通道,该通道中充满了离子液体,弹性外壳和导电织物层。

从理论上讲,当团队的设计发生变形时,其通道将充当传感器并改变其电阻。为了将其付诸实践,研究人员将他们的设备置于不同的力下,并在模拟过程中部署了机器学习技术以测量其多峰能力。

在施加局部接触压力之前,将传感器从旋转接头的中性轴弯曲,以模拟拉伸,压缩和弯曲。结果表明,设备信号的灵敏度随施加压力的位置而变化,表明它可能对外部刺激产生反应。

为了证明他们的传感器在人机界面中的潜力,科学家构建了两个原型系统。一种是可穿戴设备,使用户能够精确控制无人机和机械臂,而另一种则是由四个执行器组成的软机器人“手腕”,可以对外力产生反作用。

尽管该团队承认需要进行进一步的测试以消除手动生产步骤,但与其他设计相比,他们认为自己的设备是向前迈出的重要一步。未来,科学家们相信他们的传感器可以应用于大型机器人中,从而为他们提供多达十种不同的传感功能。

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