人造皮膚：讓機器人手具有觸覺感知能力！

導讀

最近，美國休斯頓大學的一組研究人員報告了一項在可伸縮的電子產品方面的重大突破，它可以作為一種人造皮膚，讓機器手臂能夠感知不同的冷熱，也可以用於生物醫電方面的一系列應用。

關鍵字

柔性、機器人、材料、半導體

背景

目前，市面上絕大多數的機器人手都是通過機械化的方式，完成抓握和觸覺感知的動作。這樣不僅僵硬刻板，而且容易損傷抓握對象。然而柔性，是目前電子和機器人領域的重要創新趨勢之一，柔性的機器人手臂克服了傳統機器人手臂的許多缺陷。

筆者曾介紹過康奈爾大學設計的柔性機器人手，它利用了可伸縮的彈性光波導作為彎曲、延伸和力量的感測器感知周圍的物體，例如抓握和感知各種形狀與材質的物體。例如，這種假肢手通過觸摸三個西紅柿，感知其柔軟度，從而判斷其成熟程度。

（圖片來源: 康奈爾大學 ）

創新

今天，我要介紹的也是與柔性機器人手相關的創新成果。最近，美國休斯頓大學的一組研究人員報告了一項在可伸縮的電子產品方面的重大突破，它可以作為一種人造皮膚，讓機器手臂能夠感知不同的冷熱，也可以用於生物醫電方面的一系列應用。

（圖片來源: 休斯頓大學）

該校機械工程系助理教授、論文的領導作者 Cunjiang Yu 和團隊的其餘成員全部來自休斯頓大學工程學院，合著者包括第一作者 Hae-Jin Kim、Kyoseung Sim 、 Anish Thukral。這項研究的成果發表於《科學進展》雜誌，描述了一種生產柔性電子產品的新機制，這是一種依賴於現成的材料，且可以擴大規模進行商業化生產的工藝。

技術

Yu 稱，這項研究是首次設計出一款橡膠複合材料形式的半導體設備。即使材料被拉伸50%，這種設計依然能讓電子元器件能夠保持功能性。

（圖片來源: 休斯頓大學）

Yu 稱，這項研究是首個橡膠複合材料形式的半導體設備，具有可拉伸性而且沒有任何機械結構。他說，傳統的半導體設備都是易碎的，在可伸縮的材料中使用它們，需要複雜的機械系統。這樣會更加複雜、穩定性更低、更昂貴，而新的發現恰好改變了這一狀況。他說：

「我們方案使用了製造的簡單性、可伸縮性、高密度集成、大應變寬容度和低成本。」

研究人員創造出一種電子皮膚，使用它演示了一種機器人手能感知一杯熱水和冰水的溫度。這種皮膚也能翻譯發送到手上的計算機信號，以美國手語進行重現該信號。

（圖片來源: 休斯頓大學）

Yu 表示：

「這種機器人皮膚可以將手勢，翻譯為一個像我這樣的人可以理解且閱讀的可讀字母。」

可拉伸的複合材料半導體使用了一種硅基聚合物，也稱為聚二甲硅氧烷（PDMS），以及微型納米線，創造出一種溶液，硬化後成為一種能夠使用納米線傳輸電流的材料。

價值

人造皮膚只是其中的一個應用。研究人員稱，這種新發現的材料柔軟、可彎曲、可拉伸、可扭曲，將影響柔性可穿戴電子領域的未來發展，包括用於健康監測、醫療植入物和人機介面。研究人員描述道：

「我們預見，這項策略通過將半導體納米纖維滲透到橡膠中，製成彈性半導體。它促進了可拉伸的半導體發展，並且進一步將可拉伸的電子產品方面的進展應用於一系列領域，例如人造皮膚、生物醫學植入物、手術手套。」

參考資料

【2】Hae-Jin Kim, Kyoseung Sim, Anish Thukral, Cunjiang Yu.Rubbery electronics and sensors from intrinsically stretchable elastomeric composites of semiconductors and conductors. Science Advances, 2017; 3 (9): e1701114 DOI: 10.1126/sciadv.1701114

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