3D打印軟皮墊增強(qiáng)了人類與機(jī)器人交互的安全性和可用性

2024年4月24日，南極熊獲悉，伊利諾伊大學(xué)厄巴納香檳分校的研究人員推出了一種具有成本效益的解決方案，為機(jī)器人配備了一種新型的3D打印軟皮膚墊，可用于提供機(jī)器人的安全性和可用性。利用3D打印技術(shù)的力量，這些創(chuàng)新的軟皮膚墊不僅能提供輕柔的觸感，還能用作機(jī)械壓力傳感器。

△該研究已發(fā)表在《ieee transactions on robotics》，題目為“低成本、易構(gòu)建的軟機(jī)器人皮膚，實(shí)現(xiàn)安全、接觸豐富的人機(jī)協(xié)作”（傳送門(mén)）

傳統(tǒng)上，用于機(jī)器人的觸覺(jué)傳感器既復(fù)雜又昂貴，限制了它們的廣泛應(yīng)用。然而，Joohyung Kim教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)打破了這些障礙，證明了使用現(xiàn)成的3D打印機(jī)就能廉價(jià)地生產(chǎn)出功能強(qiáng)大、經(jīng)久耐用的替代品。

△為機(jī)械臂安裝3D打印軟皮墊示意，安裝前（左）和安裝后（右）

Kim教授在談到結(jié)合3D打印技術(shù)的過(guò)程時(shí)說(shuō)：“由于這只是一個(gè)對(duì)3D打印機(jī)重新編程的問(wèn)題，因此相同的技術(shù)（應(yīng)用3D打印的軟皮膚墊）可以很容易地定制到不同的機(jī)器人系統(tǒng)中，機(jī)器人硬件可能涉及較大的力和扭矩，因此如果要與人類直接互動(dòng)或在人類環(huán)境中使用，就需要確保其相當(dāng)安全。預(yù)計(jì)軟皮膚將在這方面發(fā)揮重要作用，因?yàn)樗�既可用于符合機(jī)械安全要求，也可用于觸覺(jué)傳感。”

△3D打印墊既可用作機(jī)械臂的軟皮膚，又可用作基于壓力的機(jī)械傳感器

3D打印軟皮墊

這些軟皮膚墊結(jié)合了先進(jìn)的材料和尖端的設(shè)計(jì)，具有非凡的功能。軟皮膚墊采用熱塑性聚氨酯材料，使用現(xiàn)成的Raise3D E2 3D打印機(jī)開(kāi)發(fā)而成。特點(diǎn)是柔軟的外層包裹著中空的填充部分。壓縮時(shí)，墊內(nèi)的氣壓會(huì)發(fā)生變化，從而可以通過(guò)連接的壓力傳感器檢測(cè)振動(dòng)、觸摸和壓力。

鑒于它簡(jiǎn)單的制造工藝和經(jīng)濟(jì)性，3D打印部件為集成到新興機(jī)器人系統(tǒng)中提供了一個(gè)極具吸引力的選擇。在部件的維護(hù)和清潔帶來(lái)重大經(jīng)濟(jì)或物流挑戰(zhàn)的情況下，使用3D打印技術(shù)尤其有利。

△柔軟的觸摸板設(shè)計(jì)融入了氣動(dòng)設(shè)計(jì)，在觸摸時(shí)對(duì)觸摸板區(qū)域進(jìn)行加壓

Kim概述了3D打印如何克服這些障礙，他說(shuō)：“想象一下，你想使用軟皮膚機(jī)器人在醫(yī)院環(huán)境中提供幫助。它們需要定期消毒或者需要定期更換皮膚。無(wú)論哪種方式，成本都很高。然而，3D打印是一種可擴(kuò)展性很強(qiáng)的工藝，因此可以以低廉的成本制造出可互換的部件，并能方便地裝卸機(jī)器人軀體。”

隨著人們對(duì)更安全、更直觀的機(jī)器人的需求不斷增長(zhǎng)，3D打印軟皮膚墊為人類患者與機(jī)器之間更舒適、更敏感的互動(dòng)提供了一個(gè)引人注目的解決方案。此外，它們的經(jīng)濟(jì)性和多功能性使許多用戶都能使用，為在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用鋪平了道路。