作者:申冉 来源:中国新闻网 发布时间:2023/3/30 18:01:17
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让机器人拥有“类人”触觉 东南大学成功研发超属性电子皮肤

 

中新网南京3月30日电(记者 申冉)质地功能接近人类真实皮肤,同时可接收输出电信号……近日,东南大学电子科学与工程学院吴俊教授课题组成功研发出超属性凝胶电子皮肤,使它拥有像人类一样的触觉感知系统。相关成果已于国际著名学术期刊《ACS Nano》在线发表。

柔韧、湿润、略带粘性,摸上去类似人类皮肤……在吴俊课题组的实验室内,记者现场看到了一小片这种“类人”电子皮肤。就是这样一片薄薄的膜状物,也许在未来可以覆盖在机器人表面,使之拥有类似人类的触觉感知系统。

据吴俊介绍,所谓电子皮肤,是指具有人体皮肤柔软、可拉伸、可感知多重信息等形态功能的人造柔性传感器。“最理想状态,是能够像人类皮肤一样,对不同接触压力背后的信息进行收集和分析,并给予准确的反馈。”

“人类皮肤看似普通,但其历经千万年进化而来的卓越修复力和功能性,是多少年来科学界穷尽手段追逐的目标。”吴俊告诉记者,在电子皮肤的研发中,始终面临三道“关卡”。

“一方面,利用工程材料制造的人造皮肤,其稳定性不如人类皮肤。所幸经过各学科科学家多年的努力,这方面已看到了希望。”吴俊表示,通过对材料的改性、结构的设计,可显著提高单个功能的稳定性。

稳定性提高后带来的第二个问题,是如何能让电子皮肤拥有多种传感功能。“薄薄的人体皮肤,除了对温度、湿度、压力有高度感知力外,对高频压力、低频压力也有快速分析能力,并且具有抗菌、自愈等属性。如何让电子皮肤也能像这样集成多种功能和属性,这次课题组发表在《ACS Nano》上的论文,可以说在这个方面迈出了一小步。”吴俊解释。

该论文第一作者、东南大学电子科学与工程学院博士研究生段升顺告诉记者,研究团队是基于多材料异质改性蚕丝蛋白体系,首次提出了全皮肤理化(可修复、可降解、弱酸抑菌性、防火性)-电(压力、温度、湿度、应变、接触感知)复合功能属性的电子皮肤。

“以蚕丝蛋白材料的柔软质地为基础,添加具有吸水特性的钙离子,以及呈弱酸性、有抑菌作用的氢离子,让这种‘类人’皮肤不仅具备了修复、拉伸、可重构能力,同时在柔性和刚性上,也有了可调节性。”段升顺给记者仔细展示了电子皮肤的质地。“电子皮肤破了‘皮’,没有人为干预的情况下,基本一分钟左右就可自行愈合。而刚性的可调节性,则让电子皮肤允许被机械切割塑形,有了量产应用的可能。”

同时,通过添加对环境刺激比较敏感的二维纳米材料,使电子皮肤拥有对温度、湿度、压力等多种刺激源的响应体系。“在手指关节处贴上这样的电子皮肤,连接到电脑,就可以完成人机手势交互系统。”段升顺对此解释道。

“当电子皮肤有能力分别感知到多种刺激源后,如何将多种信息进行解耦、并进一步融合,就是下一个课题。”吴俊打了个比方,当人类皮肤感知到不同压力、温度、湿度的触碰时,即使蒙上眼睛,我们也大致可以判断这个触碰来自什么物质,再分析触碰带有什么样的情绪或者信号。

“这个难题就需要信息学、生物学等多学科的介入,甚至对算法都要求甚高。但我们相信,解决这一棘手问题的方案,将成为人机界面复杂多功能仿生应用的核心技术,以及下一代电子皮肤的革新成果。”吴俊透露,课题组正在攻克这一难关。(完)

 
 
 
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