團(tuán)隊(duì)希望該材料在五年內(nèi)投入使用

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本文來自微信公眾號“機(jī)器人大講堂”（ID:RoboSpeak），36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

7 月 12 日消息，近日，據(jù)路透社報(bào)道，新加坡研究人員開發(fā)了一種智能泡沫材料（smart foam material），可以讓機(jī)器人感知附近的物體，并在損壞時(shí)自我修復(fù)，就像人類皮膚一樣。

這種智能泡沫被稱為 AiFoam（Artificially innervated foam），是一種高彈性聚合物（elastic polymer），由含氟聚合物（fluoropolymer）與降低表面張力的化合物（compound that lowers surface tension）混合而成。新加坡國立大學(xué)的研究人員稱，這使得 AiFoam 在受到切割時(shí)很容易融合成一塊（自我修復(fù)）。

該研究論文題目為《人工神經(jīng)支配的自愈泡沫作為合成壓電阻抗傳感器皮膚（Artificially innervated self-healing foams as synthetic piezo-impedance sensor skins）》，該研究成果已于 2020 年 11 月在 Nature Communications 雜志上發(fā)表。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-19531-0

一、智能泡沫材料制作步驟多，調(diào)配困難

智能泡沫這種新材料雖然功能很強(qiáng)大，但制作起來可是相當(dāng)有困難。不信你看著步驟：

1. 需要將含氟表面活性劑 (Zonyl FS-300) 放在 70 °C 的烘箱中干燥。

2. 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)。

3. 向溶液中加入 1.7ml 含氟表面活性劑并攪拌 24 小時(shí)。

4. 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，溶液將變成淡黃色。

5. 將 μN(yùn)i 微粒添加到溶液中，并使用 SpeedMixer (FlackTek) 在 2500 rpm 下將溶液混合 2.5 分鐘。

6. 將混合物澆鑄到 2.5×5×0.2cm 的玻璃模具（寬 × 長 × 高）中。

7. 然后將材料置于加熱板上，在 70°C 下加熱 30 分鐘，通過蒸發(fā)丙酮來自發(fā)泡。

8. 為了交聯(lián)聚合物，將材料加熱至 120 °C 并保持 30 分鐘。

通過加熱攪拌再加熱的復(fù)雜程序，智能泡沫就做好了，制作方法是真的很困難呢！

二、被破壞后能自愈合，還能被拉伸近兩倍

受人類體感神經(jīng)支配結(jié)構(gòu)（architecture of the human somatosensory innervations）的啟發(fā)，團(tuán)隊(duì)提出了一種新結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使用三維金屬線電極（three-dimensional (3D) metal wire electrodes）作為“神經(jīng)”，嵌入到低模量（low-modulus）的自愈泡沫中。與其他基于泡沫的傳感器相比，團(tuán)隊(duì)合成的自修復(fù)泡沫材料僅有 600kpa 的低模量（低模量的拉伸模量 Mpa≤0.4 或≤0.6），并且具有彈性，可為接觸力傳感器提供恢復(fù)力。

據(jù)研究人員介紹，“在四天內(nèi)將其加熱至 70 攝氏度，該材料愈合了大約 70％，并且仍可以拉伸到其長度的幾乎兩倍（180％）。”

三、模擬“人類的觸覺”，使得互動(dòng)更加智能

為了復(fù)制人類的觸覺，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)，金屬顆粒在聚合物基體中靠攏，改變了它們的電性能（electrical properties）。新加坡國立大學(xué)的 benjamin C.K. Tee 教授表示，這些變化可以通過計(jì)算機(jī)的電極檢測到，然后發(fā)出指令告訴機(jī)器人該做什么。

“當(dāng)我將手指移到傳感器附近時(shí)，您可以看到傳感器正在測量我的電場變化，并對我的觸摸做出相應(yīng)的響應(yīng)，”他說。此功能使機(jī)器人的“手”不僅可以檢測到力的大小，還可以檢測到受力方向，從而可能使機(jī)器人更加智能和互動(dòng)。

四、團(tuán)隊(duì)希望該材料在五年內(nèi)投入使用

benjamin C.K. Tee 表示，AiFoam 是同類產(chǎn)品中第一個(gè)將自愈特性（self-healing properties）、近距離感應(yīng)（proximity）和壓力（pressure）感應(yīng)相結(jié)合的產(chǎn)品。經(jīng)過兩年多的開發(fā)，他和他的團(tuán)隊(duì)希望這種材料能在五年內(nèi)投入實(shí)際使用。

據(jù)了解，團(tuán)隊(duì)希望將 AiFoam 應(yīng)用于機(jī)器人和假肢等領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間更多交互的可能性。

結(jié)語：AiFoam 為機(jī)器人的智能化和互動(dòng)性提供了更多可能

AiFoam 通過模擬人類的觸覺實(shí)現(xiàn)了對周圍環(huán)境的高感知，而材料特有的自我修復(fù)特性以及對接觸力的敏感性，將使機(jī)器人能更好地判斷人類的意圖。

使用該材料研發(fā)的新一代的機(jī)器人，將有可能對環(huán)境變化做出更快速、更有效的反應(yīng)。

目前，科學(xué)家研究的機(jī)器人皮膚主要分為兩個(gè)方向。一個(gè)方向是外觀，將機(jī)器人皮膚創(chuàng)作的近似人類皮膚，例如柔性彈性水凝膠的應(yīng)用，使得機(jī)器人的皮膚能夠在受到壓力下出現(xiàn)淤青。另一方面是感知能力，例如 AiFoam 的材料，能夠賦予機(jī)器人的“觸覺”，從而讓他們能更智能的互動(dòng)。

來源：路透社、智東西

新聞名稱：新加坡“智能泡沫”成機(jī)器人皮膚新材料：模擬人類觸覺，壞了能自我修復(fù)
分享地址：http://jinyejixie.com/article12/scssgc.html

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