УФ

npj Flexible Electronics, том 6, номер статьи: 94 (2022 г.) Цитировать эту статью

3661 Доступов

3 цитаты

Подробности о метриках

Мягкие роботизированные руки могут облегчить взаимодействие человека и робота, позволяя роботам безопасно и аккуратно захватывать широкий спектр объектов. Однако их работе препятствует отсутствие подходящих сенсорных систем. Мы представляем гибкую и растягиваемую мультимодальную сенсорную сеть, интегрированную с мягкой роботизированной рукой. Конструкция проводных датчиков на гибкой металлизированной пленке была воплощена в производственном подходе, в котором одновременно используется как УФ-лазерная абляция металла, так и резка пластика для создания сенсорного электрода и растягивающихся проводящих проводов по схеме Киригами в единую сеть. Мы оценили межсоединения и датчики, измерив изменение импеданса при каждом внешнем воздействии, и показали, что растяжение сети существенно не влияет на них. Обернув сенсорный лист вокруг мягкого роботизированного захвата, мы продемонстрировали несколько сценариев взаимодействия, включая теплый буррито для обработки пищевых продуктов и теплую куклу для медицинских целей.

За последние годы в области мягкой робототехники произошли огромные успехи. В частности, было продемонстрировано, что мягкие роботизированные руки способны захватывать и даже манипулировать сложными, хрупкими или деформируемыми объектами, что является постоянной проблемой для традиционной жесткой робототехники1,2. Благодаря этим возможностям они стали многообещающим решением для промышленных, человеческих и медицинских приложений3,4,5. Несмотря на свой потенциал и недавний прогресс, большинство роботов до сих пор не выполняют ловких действий такими руками из-за отсутствия чувствительности к управлению с обратной связью6,7,8. Следовательно, разработка датчиков для мягких роботизированных рук остается критически важным шагом.

В попытке имитировать мягкие роботизированные руки с помощью кожных ощущений и облегчить взаимодействие человека и робота было предложено множество решений9,10,11,12,13,14,15,16. Однако во многих случаях мягкие роботизированные датчики в первую очередь предназначены для определения состояния самого робота (например, определения углов изгиба или внутреннего давления). Меньшее число17,18,19,20,21 обеспечивает кожное восприятие информации о взаимодействии робота с объектами или поверхностями. В соответствующей работе исследователи разработали растягивающиеся датчики для крепления на коже человека22,23,24,25,26,27. Однако большинство из них не направлены на определение контактных явлений, таких как близость к схваченному объекту или температура его поверхности.

Интеграция традиционных датчиков в мягкие роботы или протезы приводит к несоответствию их механических свойств. Большинство обычных датчиков являются жесткими, но поверхности мягких роботов должны растягиваться и быть изогнутыми. Следовательно, датчики и сети требуют растягивающихся и гибких форм-факторов, чтобы соответствовать мягким поверхностям и перемещаться с ними без нежелательных эффектов деформации в сигнале датчика. Несмотря на недавние достижения в области сетей мягкого зондирования, постоянные проблемы включают стоимость и сложность изготовления, необходимость настройки для различных приложений и интеграцию датчиков с обработкой. В дополнение к этим требованиям такие приложения, как обработка пищевых продуктов и взаимодействие с людьми, требуют наличия датчиков, которые легко заменяются (и в идеале одноразовые), чтобы избежать загрязнения.

Чтобы решить эти проблемы, описанные здесь проектирование и демонстрация сенсорной сети имеют низкую сложность изготовления и интеграции, что соответствует стоимости и простоте замены, необходимых для одноразовых устройств. В этой работе показано, как использовать технологии производства УФ-лазеров для изготовления растягивающихся мультисенсорных матриц, которые решают такие проблемы в мягкой робототехнике и протезировании. Хотя об элементах компонентов сенсорной сети, таких как датчики28,29,30 и проводящие провода31,32,33, изготовленных с помощью УФ-лазерного производства, уже сообщалось, в этой статье мы представляем проект мультимодальной сенсорной сети, как описано здесь. , включая комбинацию нескольких гибких датчиков и пучков проводов в растягиваемых сетях киригами. Он позволяет изготовить несколько датчиков и проводов в сенсорной сети размером 50 × 50 мм2 при стоимости металлизированной пластиковой пленки 0,005 доллара США за 3 минуты. Варьируя параметры луча (мощность, частоту, рабочий цикл, скорость), мы нанесли различные характеристики на каждый металлический и пластиковый слой гибкой проводящей пленки. Интеграции можно легко добиться, растянув вырезанный рисунок и обернув его вокруг поверхностей коммерческих мягких роботов различной формы. Изменяя размеры шаблона, его можно масштабировать и настраивать для различных приложений с разными динамическими диапазонами, пространственным разрешением и чувствительными элементами. В качестве примера мы демонстрируем три датчика температуры и шесть датчиков приближения на внутренней поверхности мягкого захвата размером 30 × 50 мм, предназначенного для пищевой промышленности.