未來(lái)機(jī)器人應(yīng)用十分廣泛,舉凡工業(yè)、服務(wù)、探索,以及醫(yī)療照護(hù)等,都需要具有人工智能的機(jī)器人,智能機(jī)器人的發(fā)展將對(duì)人類產(chǎn)生革命性的影響。現(xiàn)今智能機(jī)器人發(fā)展的挑戰(zhàn)包含:對(duì)外在環(huán)境的缺乏感知能力、與人類互動(dòng)的不安全性、缺乏移動(dòng)的自由度等。尤其,機(jī)器人不像人類具有感知皮膚,使得機(jī)器人無(wú)法感知外在環(huán)境,在控制難以感知回饋,不僅在應(yīng)用上大打折扣,更增添人機(jī)使用的危險(xiǎn)性。
實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的感知皮膚是極具困難的,因?yàn)閭鹘y(tǒng)硬傳感器無(wú)法隨著機(jī)器人的外型而配置,再者,大面積、大密度的配置下,傳統(tǒng)被動(dòng)感測(cè)組件的功耗,將會(huì)是獨(dú)立運(yùn)作機(jī)器人電力的一大問(wèn)題。在所有機(jī)器人中,柔性機(jī)器人具有柔軟、能適應(yīng)環(huán)境變化的外型,相對(duì)于硬機(jī)器人,更能提供良好的運(yùn)動(dòng)自由性,以及安全、順應(yīng)的「人-機(jī)」與「環(huán)境-機(jī)」互動(dòng),但因?yàn)檐洐C(jī)器人連續(xù)彎曲、變形的外型,實(shí)現(xiàn)軟機(jī)器人的感知皮膚更是困難。
近日,在佐治亞理工學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士的帶領(lǐng)下,賴盈至教授、鄧佳楠博士、劉瑞遠(yuǎn)博士等研究員,利用摩擦納米發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了柔性機(jī)器人的主動(dòng)感知與反應(yīng)能力,通過(guò)大自然界的摩擦電效應(yīng),使各種軟機(jī)器人可以像生物般,主動(dòng)地感知外部的刺激和內(nèi)部的肌肉運(yùn)動(dòng)。研究人員首先研發(fā)能夠同時(shí)擁有優(yōu)異機(jī)械拉伸性(100%應(yīng)變拉伸性能)、優(yōu)異低壓敏感度(9.54 V kPa-1,<5 kPa;最低檢測(cè)限度至63 Pa)的摩擦納米發(fā)電機(jī)電子皮膚,同時(shí)具有優(yōu)良機(jī)械與優(yōu)異感測(cè)能力的特征,加上與柔性機(jī)器人的材料模量匹配,使得摩擦電式電子皮膚可以集成到氣動(dòng)執(zhí)行器中,搭配柔性機(jī)器人柔軟、適應(yīng)環(huán)境的肌肉,使柔性機(jī)器人可以執(zhí)行各種主動(dòng)感知和響應(yīng)的任務(wù)。具有摩擦納米發(fā)電機(jī)皮膚的軟性?shī)A具,能夠自主感知移動(dòng)商品的每個(gè)動(dòng)作(包含靠近,拿取,提升等),并且能夠察覺(jué)商品意外掉落的風(fēng)險(xiǎn)。具有摩擦納米發(fā)電機(jī)皮膚的軟性機(jī)器人手指具有潛力可以幫忙檢查嬰兒是否尿褲子。具有摩擦納米發(fā)電機(jī)皮膚的軟性機(jī)器人還具有幫人類進(jìn)行觸診的潛力,免去硬機(jī)器人的不舒適感。具有摩擦納米發(fā)電機(jī)皮膚的軟性機(jī)器人能夠在移動(dòng)過(guò)程中,感覺(jué)每個(gè)肌肉的動(dòng)作,這種摩擦納米發(fā)電機(jī)機(jī)器人皮膚可以大面積部屬在軟機(jī)器人的表面。除了可以感知人類的碰觸外,還可以進(jìn)行用聲音、光、短語(yǔ)與人類進(jìn)行互動(dòng)。
這項(xiàng)研究發(fā)表于Advanced Materials (DOI:10.1002/adma.201801114),將為人工智能、柔性機(jī)器人、人機(jī)界面的各種應(yīng)用開啟大門。
論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201801114
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