软体机器人技术的基础性进步2024-10-03

受到我们身体感官能力的启发，Wyss生物启发工程研究所和哈佛大学John A. Paulson工程与应用科学学院的研究人员已经开发了一个平台，用于创建带嵌入式传感器的软体机器人，该传感器可感知运动、压力、触觉，甚至温度。

该研究成果已经发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。

该论文的第一作者，刚刚从SEAS毕业的博士研究生Ryan Truby表示，“我们的研究代表了软体机器人技术的基础性进步，我们的制造平台能够将复杂的传感模式轻松集成到柔性机器人系统中。”

将传感器集成到软体机器人中一直都很困难，因为大多数传感器（如传统电子设备中使用的传感器）都是刚性的。为了应对这一挑战，研究人员开发出了一种有机离子液体导电油墨，可以在包含软弹性体基体中进行3D打印，后者是大多数软体机器人的制造材料。

SEAS前博士后研究员兼论文合着者Michael Wehner说，“迄今为止，用于软机器人的大多数集成传感器/执行器系统都相当简陋，通过在这些软件系统中直接打印离子液体传感器，我们为设备设计和制造打开了新的途径，最终将允许对柔性机器人进行真正的闭环控制。”

Wehner现在是加利福尼亚大学的助理教授。

为了制造该装置，研究人员主要依靠在Wyss研究所的Jennifer Lewis，Sc.D.核心师资实验室和Hansas生物启发工程的Hansj？rgWyss教授的实验室中开发的3D打印技术。这项被称为嵌入式3D打印的技术能够无缝且快速地将多种功能和材料集成到一个软体中。

Lewis认为，“这项研究代表了嵌入式3D打印的最新应用案例，而这是我们实验室率先推出的技术。”

Truby表示，“这种方法的功能和设计灵活性是无与伦比的，这种新型墨水与我们的嵌入式3D打印工艺相结合，使我们能够在一个集成式软体机器人系统中结合软感应和驱动。”

为了测试这些传感器，研究人员打印了一个由三个柔软手指或致动器组成的软机器人手爪。研究人员测试了夹持器感知充气压力、曲度、接触和温度的能力。他们嵌入多个接触式传感器，所以夹具可以感应到光线和深度触摸。

Wyss Institute的核心成员、SEAS工程和应用科学Charles River 教授、论文和作者Robert Wood博士表示， “软机器人通常受限于传统成型技术的几何选择，或者在商业3D打印中，阻碍设计选择的材料选择，Lewis实验室开发的技术有机会彻底改变机器人的创建方式，从连续的过程中脱离出来，用嵌入式传感器和执行器制造复杂的整体机器人。”

未来，研究人员希望利用机器学习的力量来训练这些设备，以抓住不同大小、形状、表面纹理和温度的物体。以后，这种软体机器人不仅能帮助外科医生做手术，还能变成农民的最佳助手，采摘各种新鲜的蔬菜瓜果。