文/陳根
隨著科技的深入發(fā)展，智能機(jī)器人在思維模式和行為表現(xiàn)上越來(lái)越接近人類，這仿佛不足為奇。但如果說(shuō)機(jī)器人擁有像人類一樣的“皮膚”，可以感知附近的物體，并在損壞時(shí)自我修復(fù)，是不是有點(diǎn)新奇。
近日，新加坡國(guó)立大學(xué)的研究人員發(fā)明了一種智能泡沫材料。這種材料被稱為“人工神經(jīng)支配泡沫”或AiFoam。其是一種高彈性聚合物，由含氟聚合物與降低表面張力的化合物混合而成。該材料可讓機(jī)器人皮膚模擬人類觸覺(jué)，并在破損時(shí)完成自我修復(fù)。
受人類體感神經(jīng)支配結(jié)構(gòu)啟發(fā)，研究人員在開(kāi)發(fā)智能泡沫時(shí)提出了一種新結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使用三維金屬線電極作為“神經(jīng)”，嵌入到低模量的自愈泡沫中。所以與其他基于泡沫的傳感器相比，該泡沫材料僅有600kpa的低模量，并且具有彈性，可為接觸力傳感器提供恢復(fù)力。
智能泡沫雖然功能很強(qiáng)大，但制作起來(lái)難度也不小。首先需要將含氟表面活性劑 （Zonyl FS-300） 放在 70°C 的烘箱中干燥，將兩克聚（偏二氟乙烯）-共六氟丙烯（PVDF-HFP）（3M）溶解在丙酮中并攪拌至少4小時(shí)，然后向溶液中加入1.7ml含氟表面活性劑并攪拌24小時(shí)。
之后，需要將46微升1,3-二氨基丙烷 （DAP） 滴加到攪拌溶液中。在反應(yīng)30分鐘后，將μNi微粒添加到溶液中，并使用SpeedMixer （FlackTek）在2500rpm下將溶液混合2.5分鐘。
然后需要把混合物澆鑄到2.5×5×0.2cm 的玻璃模具（寬×長(zhǎng)×高）中，將材料置于加熱板上，在 70°C 下加熱 30 分鐘，通過(guò)蒸發(fā)丙酮來(lái)自發(fā)泡。為了交聯(lián)聚合物，將材料還需加熱至 120 °C 并保持 30 分鐘。通過(guò)加熱攪拌再加熱的復(fù)雜程序，智能泡沫才能夠完成。
此外，為了復(fù)制人類的觸覺(jué)，研究人員在這種材料中注入了微小的金屬顆粒，并在泡沫表面下方添加了微小的電極。當(dāng)施加壓力時(shí)，金屬顆粒會(huì)在聚合物基體中靠攏，從而改變它們的電性能。這些變化可以通過(guò)計(jì)算機(jī)的電極檢測(cè)到，然后發(fā)出指令告訴機(jī)器人該做什么。
AiFoam通過(guò)模擬人類的觸覺(jué)實(shí)現(xiàn)了對(duì)周圍環(huán)境的高感知，而材料特有的自我修復(fù)特性以及對(duì)接觸力的敏感性，將使機(jī)器人能更好地判斷人類的想法。未來(lái)，使用該材料研發(fā)的新一代的機(jī)器人，將有可能對(duì)環(huán)境變化做出更快速、更有效的反應(yīng)。
