斯坦福大学研发出能够模拟人手感知能力的电子皮肤:彩票网站

石材雕刻机 | 2020-11-20

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彩票注册-据麦克斯咨询称,开发与人类相当的机器人面临的多方面挑战仍然是需要大量研究的课题。毫无疑问,研究人员在复制一个或多个性能(捕获和操作等)等多种功能和特征方面已经取得了一些进展。

但是人力是多功能融合,如骨骼结构、肌肉力量、几乎控制的关节、压力/剪切力/运动/加速度/温度感,在非常明确的动态范围内享受着这些属性。斯坦福大学(StanfordUniversity)研究人员正在进行的工作显示了试图获得与人体皮肤相同的感官能力所面临的挑战和变化。化学工程师博哲南(ZhenanBao)带领的团队研发目标是在手套的指尖映射倒计时传感器。传感器需要同时测量力的强度和方向,两个系统因素对构建几乎可控制的灵活性至关重要,这是不需要经过意识思考的人力所能获得的伟业。

仔细观察这只手套之前,要重新了解皮肤结构。在某种程度上,它是一个灵活且充满神经的保护层。外层皮层填满了传感器,以检测压力、热量和其他刺激物。

当然,手指和手掌都是密集的触摸传感器。但是这只能说是表层。表面下看起来像被称为凹凸皮肤内层的丘陵和山谷凹凸不平的微观地带。

这些凸体是检测“机制”中最重要的部分。两层皮肤紧密结合,整合感觉信号。

手指知道皮肤表面时,皮肤外层不会移动到更相似的底部的刺层。严重的手感主要来自刺层的“山顶”,在发生更大的压力时,使外皮层跳进刺层的“山谷”,引起更加反感的触感。

看起来很简单,但只是其中的一部分。皮肤的凹凸层需要更多的感觉,并说明压力的方向(剪切力)。手指朝一个方向松开时,微观山丘的另一边不会产生反感的感觉信号。

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评估感官和剪切力大小的能力对构建保守有力的动作至关重要,例如在拇指和食指之间保持坚硬的物体。工程上的挑战是从电学角度复制皮肤功能,开发多层手套。

为了构建这些目标,研究小组使用了用绝缘橡胶层将电活性顶层和底层分开的三层布局。底部也有金字塔结构的小凸块,和皮肤相似。它们形成了具有密集感官测量点排列的二维网格。纳米电容器的布局还包括映射聚氨酯(polyurethane,PU)的碳纳米管(carbon-nanotube,CNT)的顶部和底部电极。

可以测量和区分相反的力(垂直表面)和切向(剪切)力(图1)。图1电子皮肤的生产和组装(A)-该装置由三层组成,底部为厚度为1毫米,具有山丘排列的聚氨酯层(山丘直径1毫米,高度20 m) (I)。

中间是顶部和顶部电极之间的间隙层(II),是厚度为10m的介电层。顶部为厚度为60m,具有金字塔排列的聚氨酯层(iii)。

电极由映射聚氨酯基质(电极宽度300m,两个电极之间的间距50m)的喷雾和光刻制作成图案化的导电碳纳米管。制作电子皮肤的光学图像和小山、电极的特写视图(插图)(B)。

光学光学是碳纳米管-聚氨酯点对点用LCR测试仪展开信号记录,顶部有模制金字塔的电子皮肤层SEM图,显示碳纳米管-聚氨酯和聚氨酯区域(插图)(C)。但是这些感觉测量点不是很简单的电容器。电子皮肤的顶层还包括成型的方形金字塔网格,当外力发生时,金字塔不会再次弹性变形。电子皮肤的底部被用来以二维阵列建造山丘,以模仿人体皮肤的可视层。

这些是测量和区分产生力的方向所必需的。 每个山坡有25个电容器,每个电容器大小为90,000m2,山顶有1个电容器,斜坡有4个电容器,角落有1个电容器,山丘周围有16个电容器(图2)。图2山丘周围不同的电容(像素)方位图。其中1个在山顶,4个在斜坡,4个在角落,16个在小山周围。

位于山丘一侧,承受小压力的电容器容量增长率小于力生成方向和被忽略的一侧(分别是相反的力、剪切力和弯曲力)(图3)。围绕小山的电容图获得了区分各种不同类型力的能力,个彩票网下载别像素无法获得这些信息。图3测量仿生电子皮肤的调用特性。山丘中心的55电容传感器阵列的特点是通过相反的力(A)、产生剪切力(B)和产生弯曲力(C)来测量压力调用曲线。

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每个色带对应5%的C/CMIN变化,与不会产生或产生压力的电容器相匹配。该小组通过模拟研究电子皮肤参数,最大限度地提高灵敏度、信噪比(SNR)和时间调用权衡。它们是不同的金字塔大小(宽度10,20,30,40,50m)和分离距离(比率b/a=0.4,0.8,1.2,1.6,2,4,其中a b是两个金字塔中心之间的距离)算法利用对系统电路的感知读数,引导戴手套的机器人手轻轻地触摸浆果或像人手一样高举乒乓球运动。这是使用传感器命令剪切力,控制戴手套的手,根据人体功能市场的要求调整动作而制作的(图4)。

图4传感器具有在不打碎一个蓝莓的情况下捡起手指逃跑的灵活性。人体皮肤的基础知识以及电子皮肤的设计、材料、制作和应用的所有细节都在《ScienceRobotics》杂志上公开。在非常可读、内容丰富的论文中,论文标题为“Ahierarchicallypatterned,Bioinspirede-Skinabbs”,该研究的一部分由瑞士国家科学基金会(SwissNationalScienceFoundation)、欧洲委员会(TT|彩票注册。

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