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(guó)格拉斯哥大學(xué)的研究人員使用石墨烯，開(kāi)發(fā)出了一種觸覺(jué)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(kāi)發(fā)的機(jī)器人皮膚本質(zhì)上是一種觸覺(jué)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(lái)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(chǔ)，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(duì)可見(jiàn)光以及近紅外波段光垂直的吸收率僅為2.3% 。
“如何讓陽(yáng)光透過(guò)覆蓋在光伏電池上的皮膚是我們真正的挑戰(zhàn)。”Ravinder對(duì)《先進(jìn)功能材料》（
Advanced Functional Materials）表示。
“無(wú)論是何種光線，98%都能到達(dá)太陽(yáng)能電池。” Dahiya對(duì)BBC解釋道，太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電能被用于產(chǎn)生觸覺(jué)。“它的觸覺(jué)比人類的皮膚要好上一個(gè)數(shù)量級(jí)。”
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(kāi)發(fā)支持這項(xiàng)研究的發(fā)電技術(shù)，并用它來(lái)驅(qū)動(dòng)假手的電機(jī)，這可以讓我們創(chuàng)建一個(gè)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(guò)臨界位移閾值后，自動(dòng)修復(fù)功能就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。
“我們希望通過(guò)分子動(dòng)力模擬過(guò)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(guò)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(méi)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(lái)自印度的研究人員表示，這項(xiàng)技術(shù)將會(huì)迅速投入應(yīng)用，或許就是下一代機(jī)器人。
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