首尔科学家3D打印多功能软件传感器可实现人机交互

　　首尔国立大学(SNU)的研究人员开发了一种新型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，该多功能装置可以随意拉伸和弯曲成复杂的形状，还具有光学、微流体和压阻传感功能。在测试期间，该团队能够将其传感器集成到可穿戴和激励驱动的致动器中，从而允许用户远程控制多个机器人设备。

研究人员可以将他们的3D打印传感器(如图所示)集成到多个软机器人设备中。

图片来自《科学机器人》杂志。

　　让柔软的机器人更加灵敏

　　为了使机器人系统与环境和人类更好地互动，科学家们做了大量的研究。最初，这些研究集中在可以响应输入(如电阻或光强)的传感器上，但许多传感器一次只能检测一种变形模式。

　　虽然微流控和织物器件在这一领域显示出了前景，但它们只能区分一种传感元件，因此无法区分不同类型。考虑到单个激励可以引起多个变形响应，创造一个适应性更强的软传感器还是非常必要的。

　　已经采用了各种方法来制造多模式机器人，包括在弹性结构中嵌入流体通道或传感元件。然而，将传感器物理组合到一个结构中通常会影响它们的尺寸，并增加设计和制造过程的复杂性。

使用3D打印，科学家可以将三种不同的传感元件集成到一个设备中(如图所示)。

图片来自《科学机器人》杂志。

　　该团队的新型多模式传感器

　　为了克服之前项目的局限性，团队3D打印了一个多功能传感器，它可以检测到单一的变形模式，并立即将它们全部解耦。该装置本身具有微流体通道，通道内填充有离子液体、弹性外壳和导电织物层。

　　理论上，当团队的设计变形时，它的通道会充当传感器，改变电阻。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，并部署了机器学习技术，以在模拟过程中测量其多模态能力。

　　在施加局部接触压力之前，传感器从旋转关节的中性轴弯曲，以模拟拉伸、压缩和弯曲。结果表明，装置信号的灵敏度随施加压力的位置而变化，表明它可能对外界刺激作出反应。

　　为了证明他们的传感器在人机界面方面的潜力，科学家们建造了两个原型系统。一个是可穿戴设备，使用户能够精确控制无人机和机械臂，另一个是由四个执行器组成的软机器人“手腕”，可以对外力做出反应。

　　虽然团队承认还需要进一步的测试来消除人工生产步骤，但与其他设计相比，他们认为他们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，从而为它们提供多达十种不同的传感功能。

　　软机器人技术的进展

　　研究人员越来越多地采用3D打印技术来制造具有更复杂设计和高级功能(从感觉走路到出汗)的软机器人。

　　来自浙江理工大学，天津大学，南京来自理工大学和立命馆大学的科学家已经开发出3D打印的柔软机器人手指。该团队制作了他们的加法图，以证明各种材料可以用来简化机器人的生产过程。

　　与此同时，康奈尔大学的研究人员3D打印出了一种柔软的机器人肌肉，可以通过汗水控制内部温度。柔性手指驱动器可以使无约束机器人长时间运行而不会过热。

　　在其他地方，加州大学圣地亚哥分校的一个团队已经部署了增材制造来生产受行走昆虫启发的机器人。有预算意识的机器人旨在降低寻求进入这一领域的爱好者和研究人员的入门成本。