“机器人”这个词可能会让人联想到坚不可摧的坚硬金属体。然而,在现代日常生活中,几乎不需要机器人来抵御敌人的攻击。相反,他们被要求执行更平凡的任务,比如处理精致的物品和与人类互动。不幸的是,传统机器人在这些看似简单的任务上表现不佳。此外,它们又重又吵。
这就是“软”机器人占上风的地方。软机器人由一种叫做“弹性体”的材料(具有高粘度和弹性的材料)制成,能更好地吸收冲击,能更好地适应环境,与传统机器人相比更安全。这允许广泛的应用,包括医学和外科,操作和可穿戴技术。然而,许多软机器人依赖于流体系统,仍然使用由机械部件(电机和轴承)驱动的泵。因此,它们仍然很重,很吵。
解决这个问题的一种方法是利用化学反应来驱动泵。虽然这种系统重量轻、噪音小,但性能却不如传统泵。有没有办法克服这种权衡?事实证明,答案是肯定的。由Shingo Maeda教授领导的日本Shibaura工业大学(SIT)的一组研究人员推出了一种“电流体动力”(EHD)泵,该泵利用电化学反应驱动泵。EHD泵具有化学反应驱动泵的所有优点,没有化学反应驱动泵的任何问题。
现在,在最近的一项研究中,包括Maeda教授,Yu Kawajima, Yuhei Yamada博士(均来自SIT工程科学与力学系)和副教授Hiroki Shigemune (SIT电气工程系)在内的团队又向前迈进了一步,设计了一种“自传感”EHD泵,该泵使用电化学双换能器(ECDT)来感知流体流动,进而激活电化学反应并增加电流。“自我感知技术最近因使软体机器人变得紧凑而备受关注。在软体机器人中加入传感器增强了它们的多功能性,但往往会造成复杂的布线和臃肿。自传感驱动技术可以帮助解决这一问题,并允许软机器人的小型化,”Maeda教授解释说。该论文于2022年1月7日在线发布,并于2022年1月19日发表在ACS应用材料与界面杂志第14卷第2期上。
该团队基于之前设计的EHD泵进行了ECDT设计。泵由对称排列的平面电极组成,通过简单地改变电压就可以很容易地控制流向。此外,由于两侧电场的强度相同,这种安排使每个方向的流量相同,并且没有障碍物。
该团队根据可检测的流量范围、速率、灵敏度、响应和松弛时间评估了传感性能,并使用数学建模来理解传感机制。“ECDT可以很容易地集成到流体系统中,而不会膨胀或复杂,”智能材料实验室(SIT)的博士生、该研究的第一作者Yu Kuwajima说。此外,研究人员还测试了它的性能,用它来驱动吸盘来检测、抓取和释放物体。
“ECDT的优点是它不需要任何特殊设备或复杂的加工来制造。此外,它体积小,重量轻,并且具有广泛的灵敏度,”前田教授说。
然而,ECDT不仅仅是软体机器人的小型化。这是迈向未来的一步,在未来,人类和机器人不仅可以共存,而且他们的互动将变得流畅和自然。当然,这是一个令人兴奋的娱乐前景!
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