灵活的人工触觉性与卓越的坚固性和温度耐受性基于机器人运动检测和物体形状识别机器人运动检测和物体形状识别的机体液凝传感器阵列
Guoqi Chen1, Yunting Zhang1, Shengnan Li1
1Guangdong Engineering Technology Research Centre for Functional Biomaterials, Key Laboratory of Polymeric Composite and Functional Materials of Ministry of Education, School of Materials Science and Engineering, Sun Yat-Sen University, Guangzhou, 510275, China.
Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.)
|September 10, 2024
概括
这项研究引入了强大的有机水凝传感器,用于机器人中的人工触觉传感. 这些灵活的传感器在极端温度下保持性能,使机器人能够更好地感知触摸和物体形状.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机器人技术 机器人技术 机器人技术
- 聚合物化学 聚合物化学
背景情况:
- 水凝传感器对于机器人触摸感应至关重要,但与极端温度和周期性负载作斗争.
- 水的流失和结降低了水凝的性能,限制了它们在恶劣环境中的应用.
研究的目的:
- 为智能机器人开发一种灵活而坚固的基于有机水凝的人工触觉系统.
- 在温度耐受性和机械稳定性方面克服传统水凝的局限性.
主要方法:
- 通过使用甘氨酸/水混合物,在聚烯胺-协同烯酸) 网络中相互透导电聚氨酸链,制造有机凝传感器阵列.
- 对有机水凝的机械性能进行表征,包括散射能量,歇斯底里和循环负荷下的性能.
- 测试传感器在广泛的温度范围内 (-100至60°C) 的性能,并评估其导电性,应变灵敏度和压力灵敏度.
- 将传感器阵列集成到机器人操纵器上,用于同时监测运动和检测压力分布.
- 使用机器学习模型训练系统进行对象形状识别.
主要成果:
- 开发的有机水凝表现出高强度,在1000次循环负载中具有超低的歇斯底里 (可以忽略不计),归因于链间静电相互作用和键.
- 二元溶剂系统提供了特殊的温度耐受性,保持了从-100°C到60°C的灵活性和性能.
- 传感器表现出极好的耐疲劳性,导电性 (0.27 S m-1),高应变灵敏度 (GF 3.88),以及压力灵敏度 (35.8 MPa-1).
- 配备这些传感器的机器人操纵器精确监测了手指的运动和压力分布.
- 一个机器学习模型在识别抓住对象的形状方面实现了100%的准确性.
结论:
- 有机水凝传感器阵列为智能机器人创建灵活,坚固和耐温度的人工触觉系统提供了一个有前途的解决方案.
- 这项技术增强了机器人的模仿人类机械感官感知能力,为更复杂的人机交互铺平了道路.
- 开发的触觉系统显示了对于需要先进的对象操纵和环境交互的应用具有重大潜力.
