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慕尼黑工業(yè)大學:開發(fā)了一種皮膚傳感器,并同時研發(fā)了制造該傳感器的3D打印制造程序


  來源: 傳感器專家網(wǎng) 時間:2023-07-21 編輯:白芷
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7月19日消息,據(jù)科技媒體TechXplore報道,慕尼黑工業(yè)大學(TUM)慕尼黑機器人與機器智能研究所(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)用于機器人和假肢上。該皮膚傳感器由3D打印機制成,其原理是外層硅膠包裹液體導電材料,在觸碰不同類型物體時,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,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,行動主體對環(huán)境的感知非常重要?!迸c對象交互時,主體需要感知的一個重要因素是外界物體的形狀。慕尼黑機器人與機器智能研究所(MIRMI)的研究人員也說到:“對外界的感知判斷決定了行動主體將如何執(zhí)行任務(wù)?!背酥?,物體的物理特性會影響主體如何抓取和操縱它們,例如硬度和柔韌性等。


機器人和假肢的共通點是需要模擬人體感覺運動技能,例如手的感覺運動技能。在機器人技術(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象表面。


Sonja Gro?和Diego Hidalgo在2023年倫敦ICRA機器人會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)了一個框架,可以盡可能自動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,用3D打印機完成結(jié)構(gòu)制作。”


3D打印機會將導電物質(zhì)注入液態(tài)硅膠中。硅膠變硬后,導電物質(zhì)被硅膠包圍并保持液態(tài)。當傳感器被擠壓或拉伸時,傳感器的電阻就會發(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,尤其是學習如何控制機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,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觸覺傳感開辟了新的途徑?!蹦侥岷跈C器人與機器智能研究所執(zhí)行主任Sami Haddadin教授說。皮膚傳感器能夠即時反饋有關(guān)壓縮力和變形的寶貴數(shù)據(jù)。這擴大了機器人和假肢等物體的感知范圍,使機器交互可以更靈敏更復雜。


Haddadin解釋說:“皮膚傳感器或許會在機器人、假肢和人機交互等行業(yè)掀起一場革命,因為它可以為任意物體和機器創(chuàng)建無線和可定制的傳感器?!?


結(jié)語:皮膚傳感器將為機器人和假肢領(lǐng)域帶來新的可能


慕尼黑機器人與機器智能研究所(MIRMI)的研究人員研發(fā)的皮膚傳感器通過硅膠包裹導電材料的設(shè)計,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,該技術(shù)不僅可以用于機器人制造,實現(xiàn)更為靈敏和精確的動作控制,也可以用于假肢制造,輔助假肢患者的肢體感覺恢復,幫助他們恢復正常生活。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)傳導的領(lǐng)域。


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