研究人員開發(fā)了一種可自愈、可生物降解，并可3D打印的材料。這種材料可以用于開發(fā)仿真機械手以及其他軟機器人技術(shù)應(yīng)用。
劍橋大學的研究人員開發(fā)的這種低成本、果凍狀的材料可以感知到應(yīng)力（strain）、溫度和濕度。比起早期的自愈機器人，它們甚至可以在室溫下進行一定的自我修復(fù)。該研究成果已被發(fā)表在《NPG Asia Materials》的雜志上。
軟傳感技術(shù)可以改善機器人技術(shù)、觸控交互技術(shù)、穿戴式設(shè)備以及其他應(yīng)用。但是，絕大多數(shù)軟傳感技術(shù)存在不耐用、能耗高的問題?！败?span id="bhmxxio" class="wpcom_tag_link">傳感器與機器人的結(jié)合可以使我們從中獲取更多的信息，例如，我們的大腦是如何從肌肉的緊張程度中獲知我們當前的身體狀態(tài)的。”該論文的第一作者、劍橋大學工程系的David Hardman說道。
作為歐盟資助的SHERO項目的成員，Hardman和他的同事一直致力于為機械手臂開發(fā)可自愈的軟傳感材料。在無需人工干涉的情況下，這些材料可以檢測到自身的損傷，并采取必要的步驟進行暫時的修復(fù)，然后恢復(fù)工作?！岸嗄陙砦覀円恢痹谘芯靠勺杂牟牧?，但現(xiàn)在我們正在尋找更快、更廉價的方法來制造自愈機器人，”同樣來自工程系的合著者Thomas George-Thuruthel博士說道。早期的自愈機器人需要加熱才能自愈，但是劍橋大學的研究人員現(xiàn)在正開發(fā)一種在室溫下就能自愈的材料，使其在現(xiàn)實世界中的應(yīng)用更加廣泛。
Hardman說道：“我們從一種廉價的、可生物降解的、具有生物兼容性的彈性膠基材料出發(fā)，試圖通過加入導電成分將傳感器與材料結(jié)合起來，并針對此進行了許多不同的實驗?！毖芯咳藛T發(fā)現(xiàn)，使用氯化鈉（sodium chloride，salt，鹽）代替碳墨來打印傳感器可以使材料產(chǎn)生他們想要的特性。鹽因可溶于富水的水凝膠，而為離子傳導（即離子的運動）提供了一個統(tǒng)一的導電通道。
來源: David Hardman 等人的論文，NPG Asia Materials (2022).
在測量被打印出來的材料的電阻時，研究人員發(fā)現(xiàn)，材料對應(yīng)變有著高度線性化的響應(yīng)，這種特性可以用于測算材料的形變。鹽的加入也使得傳感器可以伸長到原來的三倍以上，因此，這種材料可以應(yīng)用于柔性和延展性強的機器人設(shè)備中。
這種自愈材料廉價且易于制造，3D打印或鑄造皆可，而且不會變干，表現(xiàn)出長期的穩(wěn)定性與強度。此外，它完全是由可廣泛獲取的食品安全材料制成。這些特點使得它比許多現(xiàn)有的備選材料更出色。“考慮到價格和易于制造的程度，這是一個相當好的傳感器?！盙eorge-Thuruthel說到?！拔覀兛梢酝耆媚z質(zhì)制造一個機器人并在任何我們需要的地方打印傳感器?！?/p>
這種自愈水凝膠可以很好地與多種材料粘合，意味著將它們應(yīng)用于其它類型的機器人相當容易。例如，研究人員所在的仿生機器人實驗室（Bio-Inspired Robotics Laboratory）進行的大部分研究重點都在于機械手的制造。盡管這一材料目前還處于概念驗證階段，但在進一步研發(fā)后，它將被用于制造人造皮膚和定制的穿戴式可降解傳感器。
來源: David Hardman 等人的論文，NPG Asia Materials (2022).
翻譯：王馨儀
審校：王嘉鈺
引進來源：劍橋大學
本文來自：中國數(shù)字科技館
