據(jù)外媒報(bào)道，由浙江工業(yè)大學(xué)，天津大學(xué)，南京理工大學(xué)和立命館大學(xué)組成的研究聯(lián)盟已使用3D打印創(chuàng)建了柔軟的機(jī)器人手指。這項(xiàng)研究旨在證明了多材料3D打印不僅可以用于制造軟致動(dòng)器，還可以用于制造功能傳感器。

據(jù)悉，該機(jī)器人手指由嵌入式單電極摩擦電曲率傳感器（S-TECS）驅(qū)動(dòng)，在無外部電源的情況下，依然可以以超低工作頻率下感應(yīng)彎曲曲率。研究人員希望這項(xiàng)創(chuàng)新將為簡單、快速的制造過程鋪平道路，未來可以生產(chǎn)可控的軟機(jī)器人。

使用軟材料和順應(yīng)性結(jié)構(gòu)的混合物構(gòu)造機(jī)器人正日益為應(yīng)對人口老齡化帶來的挑戰(zhàn)提供解決了方案。隨著軟機(jī)器人研究的發(fā)展和新制造方法的發(fā)展，人機(jī)交互變得越來越安全，并為該技術(shù)開辟了新的應(yīng)用。現(xiàn)在，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)直接打印具有氣密性復(fù)雜結(jié)構(gòu)和硬組件的軟機(jī)器人，例如Wyss Institute于2015年生產(chǎn)的 3D打印跳躍機(jī)器人。

據(jù)研究聯(lián)盟的成員的爆料，這款柔軟的機(jī)器人手指在設(shè)計(jì)之初已將基于壓電，導(dǎo)電，磁性和有機(jī)光學(xué)材料的軟件傳感器集成到其軟件機(jī)器人設(shè)計(jì)中。不過，這些傳感器可能具有諸如原型制作時(shí)間長，電纜連接不穩(wěn)定，系統(tǒng)組裝復(fù)雜以及系統(tǒng)集成困難等缺點(diǎn)。

所以，研究小組選擇使用摩擦電傳感器。這種類型的組件提供了很高的可拉伸性和靈敏度，從而使機(jī)械手可以實(shí)時(shí)主動(dòng)感知和感知其變形或響應(yīng)。在該過程中3D打印起到了很大的作用，它不僅能夠使用多種材料，并利用縮短了原型制作時(shí)間的一步式打印過程。而研究人員的S-TECS傳感器是通過將摩擦電曲率傳感器和可伸縮電極相結(jié)合而構(gòu)造的，避免了與先前項(xiàng)目相同的集成復(fù)雜性。

這款柔軟機(jī)器人手指的主體由與主氣道相連的九個(gè)充氣腔組成，每個(gè)充氣腔均呈矩形，以提供用于印刷S-TECS圖案的平坦表面。硬增強(qiáng)腔室的寬度為2 mm，兩端具有兩個(gè)墊片，以支撐S-TECS的頂層，并在兩層之間保持3 mm的高度。附加手指只能根據(jù)其腔室配置在一個(gè)方向上彎曲。當(dāng)手指彎曲時(shí)，S-TECS的頂層開始接近底層，直到完全接觸，激活觸點(diǎn)帶電并發(fā)電。

研究人員使用Stratasys多材料Objet350 3D打印機(jī)將這款柔軟的機(jī)器人手指分兩個(gè)部分：增強(qiáng)的軟主體和連接器，然后逐個(gè)生產(chǎn)。S-TECS的圖案直接印刷在手指主體的頂面上，以簡化整個(gè)制造過程，并減少生產(chǎn)時(shí)間。使用摩擦狀的AgilusBlack印刷材料生產(chǎn)該裝置的摩擦電層和柔軟體，因?yàn)樗睦鞆?qiáng)度為2.75 MPa，斷裂伸長率為250％。固化在室溫下進(jìn)行24小時(shí)，然后將手指的3D打印部件擰在一起，并通過硅酮粘合劑粘貼S-TECS，組裝完成。

通過改變表面結(jié)構(gòu)，施加在其上的力以及自動(dòng)設(shè)置的工作頻率來測試傳感器在不同件下的性能。未發(fā)現(xiàn)將傳感器與不同的軟材料集成在一起會(huì)降低整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。

該項(xiàng)測試不僅證明了S-TECS作為自供電曲率傳感器的有效性，而且證明了使用多材料3-D打印技術(shù)創(chuàng)建具有摩擦電層的柔軟機(jī)器人結(jié)構(gòu)的可行性。因此研究人員得出結(jié)論，該方法有可能在未來使用先進(jìn)傳感功能的機(jī)器人應(yīng)用中使用。