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中科院北京纳米能源所:具有皮肤主动感知和反应的柔性机器人
2018-06-13 来源:中国流变网    点击次数:142次    

  未来机器人应用十分广泛,举凡工业、服务、探索,以及医疗照护等,都需要具有人工智能的机器人,智能机器人的发展将对人类产生革命性的影响。现今智能机器人发展的挑战包含:对外在环境的缺乏感知能力、与人类互动的不安全性、缺乏移动的自由度等。尤其,机器人不像人类具有感知皮肤,使得机器人无法感知外在环境,在控制难以感知回馈,不仅在应用上大打折扣,更增添人机使用的危险性。 

  实现机器人的感知皮肤是极具困难的,因为传统硬传感器无法随着机器人的外型而配置,再者,大面积、大密度的配置下,传统被动感测组件的功耗,将会是独立运作机器人电力的一大问题。在所有机器人中,柔性机器人具有柔软、能适应环境变化的外型,相对于硬机器人,更能提供良好的运动自由性,以及安全、顺应的「人-机」与「环境-机」互动,但因为软机器人连续弯曲、变形的外型,实现软机器人的感知皮肤更是困难。 

  近日,在佐治亚理工学院、中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士的带领下,赖盈至教授、邓佳楠博士、刘瑞远博士等研究员,利用摩擦纳米发电机实现了柔性机器人的主动感知与反应能力,通过大自然界的摩擦电效应,使各种软机器人可以像生物般,主动地感知外部的刺激和内部的肌肉运动。研究人员首先研发能够同时拥有优异机械拉伸性(100%应变拉伸性能)、优异低压敏感度(9.54 V kPa-1,<5 kPa;最低检测限度至63 Pa)的摩擦纳米发电机电子皮肤,同时具有优良机械与优异感测能力的特征,加上与柔性机器人的材料模量匹配,使得摩擦电式电子皮肤可以集成到气动执行器中,搭配柔性机器人柔软、适应环境的肌肉,使柔性机器人可以执行各种主动感知和响应的任务。具有摩擦纳米发电机皮肤的软性夹具,能够自主感知移动商品的每个动作(包含靠近,拿取,提升等),并且能够察觉商品意外掉落的风险。具有摩擦纳米发电机皮肤的软性机器人手指具有潜力可以帮忙检查婴儿是否尿裤子。具有摩擦纳米发电机皮肤的软性机器人还具有帮人类进行触诊的潜力,免去硬机器人的不舒适感。具有摩擦纳米发电机皮肤的软性机器人能够在移动过程中,感觉每个肌肉的动作,这种摩擦纳米发电机机器人皮肤可以大面积部属在软机器人的表面。除了可以感知人类的碰触外,还可以进行用声音、光、短语与人类进行互动。

  这项研究发表于Advanced Materials (DOI:10.1002/adma.201801114),将为人工智能、柔性机器人、人机界面的各种应用开启大门。 

  论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201801114

 
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