配備先進(jìn)傳感器的柔軟機(jī)械手可以輔助醫(yī)療診斷和護(hù)理，或作為更為逼真的假肢使用。但是，對(duì)于具有與人類相似的感知能力和靈活性的柔軟機(jī)械手進(jìn)行編碼的一個(gè)障礙是壓力傳感器的可伸縮性。

芝加哥大學(xué)PME的研究人員設(shè)計(jì)了一種新的壓力傳感器，它可以在保持相同傳感性能的情況下拉伸至50%，靈敏度也足以感知一張小紙片的壓力，而且它可以在瞬間對(duì)壓力做出響應(yīng)。研究人員將該新型傳感器連接到一個(gè)機(jī)器人的柔軟機(jī)械手上，即可從人類手腕獲取脈搏波形。

助理教授王思宏說:“這是第一個(gè)可以拉伸并保持高靈敏度和快速反應(yīng)能力的壓力傳感器。無論是在學(xué)術(shù)研究界還是在醫(yī)療保健行業(yè)，它都是一項(xiàng)重要的技術(shù)。”

特殊雙層設(shè)計(jì)

制造能夠配備在軟體機(jī)器人上的壓力傳感器一直都是很困難的一件事，因?yàn)檐涹w機(jī)器人的皮膚拉伸時(shí)會(huì)給壓力傳感器帶來側(cè)向應(yīng)變，這相當(dāng)于給系統(tǒng)引入了另一個(gè)機(jī)械信號(hào)，難以將壓力和應(yīng)變分離開來單獨(dú)測(cè)量。

為此研究人員設(shè)計(jì)了一種新型雙電層傳感器。外層由彈性的導(dǎo)電納米顆粒膏和彈性體組成，里層矗立著微型金字塔。當(dāng)給傳感器施加壓力時(shí)，微型金字塔會(huì)輕微壓縮并與電極連接，電極會(huì)發(fā)送壓力水平的信號(hào)。

彈簧體材料使傳感器具有固有的彈性，在此基礎(chǔ)上研究人員還增加了每個(gè)微型金字塔底部的剛度，所以即使傳感器被拉伸到50%（人體通常所需的拉伸程度）仍然可以保持高水平的靈敏度。

將傳感器融入機(jī)器人技術(shù)

可伸縮壓力傳感器的應(yīng)用范圍很廣，最近的COVID-19更是證明了這點(diǎn)。許多人被困在家里，只能通過虛擬遠(yuǎn)程醫(yī)療與醫(yī)生交流，無法得到實(shí)際的診斷或護(hù)理，而未來，配備可伸縮壓力傳感器的軟體機(jī)器人可以提供這種服務(wù)。

研究人員在一個(gè)軟體機(jī)器人手上測(cè)試了他們的傳感器。這個(gè)機(jī)器人能夠使用壓力傳感器抓住人類的手腕并記錄脈沖波形，還可以使用壓力傳感器控制按摩身體的力度從而為患者提供物理治療。

這種傳感器還可以充當(dāng)假肢上的電子皮膚，使用者可以感知到手指在拿起物體時(shí)的真實(shí)壓力。

研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃為軟體機(jī)器人的每根手指都配備這種傳感器，增設(shè)能夠感知紋理的新型傳感器，并開始將其應(yīng)用于假肢。