站长之家 - 业界 2022-05-20 16:15

趣AI | 科学家研发一种机器人“智能皮肤”,触觉比人类皮肤还灵敏

站长之家(ChinaZ.com)5月20日 消息:人体皮肤由一个复杂而专门的感觉系统组成,它可以检测周围的环境刺激并将信息传递给大脑。最近,有个团队开发出了一款人类皮肤非常相似“智能皮肤”。

它能同时感应压力、湿度和温度并产生电子信号。因此,更灵敏的机器人或更智能的假肢是可以期待的。

据science daily报道[1],这个“智能皮肤”项目由ERC奖获得者、TU Graz固态物理研究所的研究人员Anna Maria Coclite开发的,具有如此多感官特性的材料是智能人工材料技术中的一种‘圣杯’。特别是,更好的集成,更精确的类似于人类皮肤的传感系统对机器人和智能假肢有很大的意义。

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这位研究人员通过一种新工艺,成功开发出了用于下一代人工电子皮肤的三合一混合材料“智能皮肤”。这项开创性研究的结果现已发表在《先进材料技术(Advanced Materials Technologies)》杂志上。[2]

近六年来,作为Coclite ERC项目智能核心的一部分,该团队致力于智能皮肤的开发。每平方毫米有2000个单独的传感器,这种混合材料甚至比人的指尖更敏感。这些传感器都由独特的材料组合组成:内部是水凝胶形式的智能聚合物,外壳是压电氧化锌。

Coclite解释道:“水凝胶可以吸水,因此在湿度和温度变化时膨胀。在此过程中,它向压电式氧化锌施加压力,氧化锌对这种应力和所有其他机械应力产生电信号。”这让一种极薄的材料以极高的空间分辨率对压力、湿度和温度同时发生反应,并发出相应的电子信号。

Anna Maria Coclite称,“第一批人造皮肤样本厚度约6微米,即0.006毫米。但它可以更薄”。相比之下,人类表皮的厚度为0.03至2毫米。人类皮肤能感知大约一平方毫米大小的物体。智能皮肤的分辨率比人类皮肤小一千倍,可以记录人类皮肤感应不到的更小的物体(如微生物)。

纳米级材料加工

各个传感器层非常薄,同时配备有覆盖整个表面的传感器元件。研究人员首次将物理化学中的三种已知方法结合起来:水凝胶材料的化学气相沉积,氧化锌的原子层沉积和聚合物模板的纳米印刷光刻。

种类似皮肤的混合材料的应用领域正在不断扩大。例如,在医疗保健领域,传感器材料可以独立检测微生物并作出报告。这意味着可以实现给佩戴者提供温度或湿度信息的假肢,或者可以更敏感地感知周围环境的机器人。

在应用上,智能皮肤有一个决定性的优势:感官纳米棒——材料的“智能核心”——是使用基于蒸汽的制造工艺生产的。例如,这个过程已经在集成电路的生产工厂中得到了很好的应用。因此,智能皮肤的生产可以很容易地扩展和实现在现有的生产线。

智能皮肤的属性目前正在进一步优化。Anna Maria Coclite 和她的团队希望扩大材料反应的温度范围并提高人造皮肤的柔韧性。

更详细研究内容阅读:

[1]https://www.sciencedaily.com/releases/2022/05/220516124027.htm

[2]https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202200246

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