科研資訊

我國科學家設(shè)計出基于毛發(fā)狀微結(jié)構(gòu)的高靈敏脈搏監(jiān)測柔性傳感器

近日，清華大學深圳國際研究生院的科研團隊設(shè)計出基于毛發(fā)狀微結(jié)構(gòu)的高靈敏脈搏檢測柔性傳感器。該研究成果發(fā)表在Chemical Engineering Journal期刊，論文標題為“Flexible sensor based on Hair-like microstructured ionic hydrogel with high sensitivity for pulse wave detection”。

該研究通過改進光刻工藝設(shè)計制造出一種離子水凝膠傳感器，其具有可調(diào)節(jié)、不穩(wěn)定的類似毛發(fā)微結(jié)構(gòu)，同時兼具了高靈敏度和寬壓力監(jiān)測范圍。該傳感器在0～4 kPa 范圍內(nèi)的靈敏度為2,296 kPa-1，在4～40 kPa 范圍內(nèi)的靈敏度為1,167 kPa-1，在40～100 kPa范圍內(nèi)的靈敏度為511 kPa-1，同時具有較低的檢測極限（-3.9 Pa）、快速的響應(yīng)時間（37 ms）和良好的穩(wěn)定性（2,900次/循環(huán)），并且其實時響應(yīng)可以與不同的加載壓力、加載速度相匹配。同時，在無外界壓力下，該研究不僅成功通過袖帶壓縮來監(jiān)測脈搏波，還實現(xiàn)了在靜壓下監(jiān)測脈搏波。此外，離子水凝膠還可以被收集和再生，有利于環(huán)境保護和資源利用。

該研究為實現(xiàn)兼具高靈敏度、寬線性檢測范圍和良好穩(wěn)定性的柔性可穿戴傳感器提供了有益探索。

日本研究團隊開發(fā)出基于柔性微指的主動觸覺傳感系統(tǒng)

2022 年10 月10 日，日本立命館大學（Ritsumeikan University）的 研究團隊在Scientific Report期刊上發(fā)表了題為“Active tactile sensing of small insect force by a soft microfinger toward microfinger-insect interactions”的論文，展示了一種基于集成人工肌肉執(zhí)行器和觸覺應(yīng)變傳感器的柔性微指。研究團隊提出了微機器人與昆蟲的交互系統(tǒng)，實現(xiàn)了球潮蟲和微指之間的交互，該成果有望應(yīng)用于觸覺遙操作機器人系統(tǒng)。

微指（12 mm × 3 mm × 490 μm）作為末端執(zhí)行器可以移動和觸摸昆蟲，并且可以檢測昆蟲的反作用力。微指的人工肌肉執(zhí)行器是一種由聚合物制成的氣動球形執(zhí)行器（PBA），它足夠柔軟且安全，可與昆蟲溫和地交互。在之前的研究中，團隊成員已經(jīng)使用PBA 開發(fā)了帶有微指的機器人操縱系統(tǒng)，實現(xiàn)了物體抓取運動。此外，他們還開發(fā)了用于細胞聚集體操縱的微指，可將球形人類骨髓間充質(zhì)干細胞（hMSC）聚集體（φ200 μm）捏住并釋放在微孔板上。

除了人工肌肉微執(zhí)行器之外，研究還將觸覺傳感器集成到微指中。團隊成員利用液態(tài)金屬（Galinstan）填充的微通道開發(fā)了一種用于PBA 的應(yīng)變傳感器。這種液態(tài)金屬應(yīng)變傳感器是電阻式的，其應(yīng)變系數(shù)大約為1。該應(yīng)變傳感器可以通過將液態(tài)金屬填充到微通道中來制造。這項研究表明，集成在微指中的液態(tài)金屬應(yīng)變傳感器可以檢測昆蟲的反作用力。因此，微指能夠?qū)铙w昆蟲進行主動力傳感。團隊成員還開發(fā)并報道了一種觸覺遙操作機器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一個從屬微指和一個操作員的主接口設(shè)備組成。

該研究結(jié)果將推動對微小型生物的進一步評估，以及人類與環(huán)境交互的技術(shù)發(fā)展。

英國科學家開發(fā)智能機器人助力探查地下管道堵塞

近日，英國利茲大學教授內(nèi)塔·科恩博士及其研究團隊在《機器人與人工智能前沿》雜志上發(fā)表了一項成果，展示了一種名為“喬伊”的微型機器人，該微型機器人可完全自主探索真實的地下管網(wǎng)。

“喬伊”能夠獨自在直徑僅為 7.5 cm 的迷宮管道中導航，它的重量只有70 g，小到可放在手掌中。

“喬伊”借助3D 打印的“輪腿”行走，這種輪腿可以在筆直的路段上滾動，也可以在小型障礙物上行走。它配備了一系列節(jié)能傳感器，可測量它到墻壁、交叉口和角落的距離，還配備了導航工具、麥克風和攝像頭，以及用于拍攝管網(wǎng)中的故障并保存圖像的“聚光燈”。

傳感器可讓“喬伊”在不需要打開攝像頭或使用耗電的計算機視覺的情況下導航，這既節(jié)省了能源，又延長了喬伊的電池壽命。當電池電量不足時，“喬伊”就會回到原點補充能量。

研究人員表示，其目標是開發(fā)一群可交流和合作的“喬伊”們，而且它們還將通過一個名為“袋鼠媽媽”的母親機器人進行部署?！按髬寢尅睂⑴鋫涓鼜碗s的傳感器和機械臂等修復工具，并攜帶多個“喬伊”。最終，該系統(tǒng)能夠檢查和繪制管網(wǎng)的狀況圖，監(jiān)控管道甚至執(zhí)行維護任務(wù)。