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「柔性」高灵敏石墨烯或能使机器人触觉再取得突破

中科院重庆研究院与新加坡国立大学合作,研制了三维微纳共形石墨烯柔性力敏电极,并应用于高灵敏柔性压容式触觉传感,主要指标已超越人类触觉感知水平。

该传感器能够更好地与机器人的异形曲面进行贴合,赋予机器人以触觉功能,从而极大拓展机器人的智能化和应用领域。石墨烯材料不断取得突破,未来市场空间巨大,机构预计到2020年石墨烯的市场规模将达到230亿元左右。

智能化是机器人技术最新发展的一个重要方向,而实现智能化的一个关键技术——触觉传感器技术,是制约其发展的重要因素。对于人类触觉的模拟,既要满足三维力测量的高灵敏度,又要有人类皮肤的柔性。目前针对强力信号(>10 kPa)的检测技术已经成熟,而对于弱力(<5 kPa)及三维力信号的检测仍需研究,同时柔性传感器器件制造水平仍需提高。

「柔性」高灵敏石墨烯或能使机器人触觉再取得突破

鉴于此,之前哈工大有研究提出,拟采用阵列结构化的石墨烯薄膜作为力学敏感材料,通过优化设计传感器的结构和制造工艺,制备出高性能力学传感器,并采用一体化的信号采集系统,实现力学信号的快速采集与分析。其利用材料的界面压阻效应,设计了一种基于石墨烯的柔性三维力触觉传感器。

传感器总体结构包括表面凸起层、压阻层和柔性电极三个部分。已发表的论文显示,其对界面电阻产生的机理进行了分析,研究了传感器三维力检测原理,进一步利用硅光刻技术、湿法刻蚀工艺、反拷铸膜法和层层自组装技术(Layer-By-Layer,LBL)制作了带有石墨烯薄膜的压阻层。

随着智能机器人技术的迅猛发展,柔性多维力触觉传感器的研制与开发已成为机器人皮肤的研究热点之一。柔性触觉传感器是提高机器人智能化水平的重要部件,它应当具有近似人类皮肤的柔软性、灵活性,能够作用于不同粗糙程度以及不同表面形状的载体,并快速准确地完成对外界环境的信息感知与获取任务。机器人具备智能触觉感知能力对于确保其与外部环境之间交互的安全性和有效性至关重要。

因此,类皮肤柔性多维力触觉传感器的研究在仿生智能机器人领域发挥着不可替代的作用。在机器人高速发展的当下,该项研究突破后商业化或许很快。

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