在现代机器人技术中,如何感知和操控柔软、易碎的物体(如生物组织、易碎食物及柔性电子器件)一直是一个巨大挑战。现有的基于视觉的触觉机器人主要集中在刚性物体的感知与操作,但在应对柔软或脆弱物体时,往往难以实现精确判断与解析。近日,密歇根州立(MSU)林少挺研究团队在《Advanced Materials》上发表了一篇题为《Fatigue-Resistant Mechanoresponsive Color-Changing Hydrogels for Vision-Based Tactile Robots》的文章,创新性地利用了具有优越抗疲劳特性的力致变色水凝胶,设计了一种低成本、寿命长的基于视觉的触觉传感器。该传感器能够将接触表面的应力直接转化为可识别的图像,从而感知材料硬度、物体形状、空间位置及施加的压力。这一突破有望填补机器人触觉感知与人类触觉感知之间的根本差距,推动触觉机器人技术迈向新高度。密歇根州立大学林少挺教授为通讯作者,博士生刘佳斌为文章的第一作者。文章的其他作者包括普渡大学Yu She教授和石溪大学Wei Li教授。
如图一所示,抗疲劳力致变色水凝胶(FMCH)由高缠结的聚合物网络和适量的吸湿盐组成,能够在偏振光下呈现出可逆、稳定且可预测的颜色变化。FMCH展现出优越的机械性能,其拉伸性达到原长的6倍,断裂韧性高达3,000 J/m2,疲劳阈值可达400 J/m2。更为重要的是,它在多达10,000次的循环拉伸下,性能稳定,并且在应变速率范围为0.02 s?1至0.35 s?1的范围内,力致变色性能始终稳定。这种具有优越抗疲劳特性且对应变率不敏感的力致变色软材料,非常适合用于需要长期承受动态负载的触觉传感领域。
图1. 抗疲劳力致变色水凝胶的分子设计
图2. 抗疲劳力致变色水凝胶的分子设计在触觉机器人领域的应用
软体机器人领域:这项工作报告了一种全新的基于视觉的触觉机器人,以填补机器人触觉感知与人类触觉感知之间的关键差距。
展望
文章链接:https://doi.org/10.1002/adma.202407925
密歇根州立大学-林少挺课题组-诚招博士/访问学者
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