科學家用新型傳感器實現軟體機器人柔性自我感知

【環球網科技綜合報道】6月23日消息，記者從中科院官網瞭解到，近日，中國科學家利用類皮膚狀水凝膠傳感器，實現了繩驅動連續體機器人柔性自我感知。

據悉，相關研究成果以“Cable-Driven Continuum Robot Perception Using Skin-Like Hydrogel Sensors”為題，發表在《Advanced Functional Materials》上。

繩驅動連續體機器人（CDCR）是重要的軟體機器人，具有結構輕巧、安全和自由度高等特點，能夠基於其自身的柔性和可拉伸性產生大幅度彎曲、扭轉變形等動作，因此它可在狹窄和複雜的環境中很好地工作。目前，CDCR系統中常用的光纖布拉格光柵傳感器模量高、伸長率極低、缺乏粘附機制，限制了軟體機器人的運動且易與機器人分層，這使這種剛性的傳感器不適合集成系統。如何設計柔性可黏附傳感器，用於CDCR的自感知及其運動監控仍是挑戰。

中國科學院寧波材料技術與工程研究所智能高分子材料團隊研究員陳濤、副研究員高國榮，與精密運動機器人團隊研究員張弛、高級工程師鄭天江等合作，基於兩個團隊在離子導電凝膠領域（Adv. Mater, 2020, 32, 2004290；Nano Energy, 2021, 90, 106614等）與CDCR領域（IEEE Access, 2019, 11, 174236；Symmetry, 2019, 11, 1158等）的研究成果，運用由離子導電聚丙烯酰胺/海藻酸鹽/納米粘土聚合物複合水凝膠製成的類皮膚狀水凝膠傳感器，實現了CDCR柔性自我感知。

非共價交聯動態網絡結構的引入，使水凝膠具有良好的可拉伸性（1840%）、自粘附性（6.6 kPa粘附強度）及自修復性能，同時，能夠對多種形變（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉）進行寬範圍的敏感響應，將其作為類皮膚傳感器粘附在CDCR表面，CDCR能夠獲得感知運動的本體感覺和感知障礙物及陷阱的外感知。進一步仿人類的感覺系統，研究構建了用於調節CDCR彎曲的閉環控制系統，可構建“驅動-傳感-反饋”指導後繼驅動的閉環控制。該研究為設計應用於繩索驅動的連續體軟機器人的傳感器和閉環系統建立了有效途徑。