陳根：智能泡沫，高感知、自修復_風聞

文/陳根

隨着科技的深入發展，智能機器人在思維模式和行為表現上越來越接近人類，這彷彿不足為奇。但如果説機器人擁有像人類一樣的“皮膚”，可以感知附近的物體，並在損壞時自我修復，是不是有點新奇。

近日，新加坡國立大學的研究人員發明了一種智能泡沫材料。這種材料被稱為“人工神經支配泡沫”或AiFoam。**其是一種高彈性聚合物，由含氟聚合物與降低表面張力的化合物混合而成。**該材料可讓機器人皮膚模擬人類觸覺，並在破損時完成自我修復。

受人類體感神經支配結構啓發，研究人員在開發智能泡沫時提出了一種新結構，該結構使用三維金屬線電極作為“神經”，嵌入到低模量的自愈泡沫中。所以與其他基於泡沫的傳感器相比，該泡沫材料僅有600kpa的低模量，並且具有彈性，可為接觸力傳感器提供恢復力。

智能泡沫雖然功能很強大，但製作起來難度也不小。首先需要將含氟表面活性劑 (Zonyl FS-300) 放在 70°C 的烘箱中乾燥，將兩克聚（偏二氟乙烯）-共六氟丙烯（PVDF-HFP）（3M）溶解在丙酮中並攪拌至少4小時，然後向溶液中加入1.7ml含氟表面活性劑並攪拌24小時。

之後，需要將46微升1,3-二氨基丙烷 (DAP) 滴加到攪拌溶液中。在反應30分鐘後，將μNi微粒添加到溶液中，並使用SpeedMixer (FlackTek)在2500rpm下將溶液混合2.5分鐘。

然後需要把混合物澆鑄到2.5×5×0.2cm 的玻璃模具（寬×長×高）中，將材料置於加熱板上，在 70°C 下加熱 30 分鐘，通過蒸發丙酮來自發泡。為了交聯聚合物，將材料還需加熱至 120 °C 並保持 30 分鐘。通過加熱攪拌再加熱的複雜程序，智能泡沫才能夠完成。

**此外，為了複製人類的觸覺，研究人員在這種材料中注入了微小的金屬顆粒，並在泡沫表面下方添加了微小的電極。**當施加壓力時，金屬顆粒會在聚合物基體中靠攏，從而改變它們的電性能。這些變化可以通過計算機的電極檢測到，然後發出指令告訴機器人該做什麼。

AiFoam通過模擬人類的觸覺實現了對周圍環境的高感知，而材料特有的自我修復特性以及對接觸力的敏感性，將使機器人能更好地判斷人類的想法。未來，使用該材料研發的新一代的機器人，將有可能對環境變化做出更快速、更有效的反應。