有觸感又能自愈的機(jī)器人正在變成現(xiàn)實(shí)
發(fā)布日期:2020-03-04
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人類皮膚是難以復(fù)制的，因?yàn)樗粌H柔韌、有觸感且能夠自愈。然而，科學(xué)家們的最新發(fā)現(xiàn)正在賦予機(jī)器人皮膚這樣的特性。
你以為只有生命體的皮膚才柔韌抗壓，有觸感，可以自愈？最近的研究成果表明，機(jī)器人的皮膚也可以，甚至比人類皮膚表現(xiàn)得更好。
英國格拉斯哥大學(xué)的研究人員使用石墨烯，開發(fā)出了一種觸覺比人手更靈敏的電子機(jī)器人皮膚。
據(jù)外媒報(bào)道，格拉斯哥大學(xué)教授Ravinder Dahiya表示，新開發(fā)的機(jī)器人皮膚本質(zhì)上是一種觸覺傳感器，科學(xué)家們將利用它造出更輕巧的義肢，以及表面皮膚摸起來更柔軟、更自然的機(jī)器人。
而這種傳感器也是邁向更柔軟的機(jī)器人和更靈敏的觸摸屏傳感器的第一步。
這種低功耗智能機(jī)器人皮膚由一層單原子層石墨烯制成。皮膚每平方厘米的功率為20納瓦，相當(dāng)于目前可用的最低質(zhì)量的光伏電池。雖然皮膚的光伏電池產(chǎn)生的能量還不能存儲，但工程團(tuán)隊(duì)正在探索將未使用的能源轉(zhuǎn)移到電池中的方法，以便在需要時(shí)可以使用。
石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料。由于其良好的強(qiáng)度、柔韌、導(dǎo)電等特性，它在物理學(xué)、材料學(xué)、電子信息等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用潛力。
在光學(xué)特性方面，有研究數(shù)據(jù)表明，單層石墨烯對可見光以及近紅外波段光垂直的吸收率僅為2.3% 。
“如何讓陽光透過覆蓋在光伏電池上的皮膚是我們真正的挑戰(zhàn)。”Ravinder對《先進(jìn)功能材料》（
Advanced Functional Materials）表示。
“無論是何種光線，98%都能到達(dá)太陽能電池。” Dahiya對BBC解釋道，太陽能電池產(chǎn)生的電能被用于產(chǎn)生觸覺。“它的觸覺比人類的皮膚要好上一個數(shù)量級。”
皮膚給予了機(jī)器人手臂應(yīng)有的按壓反饋，使其可以更好地控制抓取物體的力量，即便是易碎的雞蛋也可以穩(wěn)穩(wěn)地拿起和放下。
Dahiya 表示：“下一步是開發(fā)支持這項(xiàng)研究的發(fā)電技術(shù)，并用它來驅(qū)動假手的電機(jī)，這可以讓我們創(chuàng)建一個完全能量自主的假肢。”
此外，這種性能優(yōu)越的機(jī)器人皮膚也并不昂貴，Dahiya表示，5-10平方厘米的新型皮膚只需花費(fèi)1美元的成本。事實(shí)上，石墨烯能做到的遠(yuǎn)不止賦予機(jī)器手臂敏銳的觸感這一點(diǎn)，它還能幫助機(jī)器人皮膚自愈。
據(jù)futurism報(bào)道，印度科學(xué)家在期刊
Open Physics發(fā)表的的最新研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯具有強(qiáng)大的自我修復(fù)功能?？茖W(xué)家們希望能將這一特性應(yīng)用到傳感器領(lǐng)域，讓機(jī)器人也和人類一樣擁有皮膚自我修復(fù)功能。
傳統(tǒng)的金屬機(jī)器人皮膚的延展性較差，容易出現(xiàn)裂隙和破損。然而如果石墨烯制成的亞納米傳感器可以感知到裂隙，那么機(jī)器人皮膚就可以阻止裂隙進(jìn)一步擴(kuò)大，甚至修復(fù)裂隙。研究數(shù)據(jù)表明，當(dāng)裂隙超過臨界位移閾值后，自動修復(fù)功能就會自動啟動。
“我們希望通過分子動力模擬過程觀察原始和有缺陷的單層石墨烯的自愈行為，同時(shí)也觀察石墨烯在亞納米傳感器裂隙定位過程中的表現(xiàn)。”在接受采訪時(shí)，論文的主要撰寫者Swati Ghosh Acharyya表示 ：“在室溫且沒有任何外部刺激的情況下，我們能夠觀察到石墨烯的自我修復(fù)行為。”
來自印度的研究人員表示，這項(xiàng)技術(shù)將會迅速投入應(yīng)用，或許就是下一代機(jī)器人。
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