3D打印軟皮墊增強了人類與機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，為機器人配備了一種新型的3D打印軟皮膚墊，可用于提供機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)建的軟機器人皮膚，實現(xiàn)安全、接觸豐富的人機協(xié)作”（傳送門）

傳統(tǒng)上，用于機器人的觸覺傳感器既復(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)的團隊打破了這些障礙，證明了使用現(xiàn)成的3D打印機就能廉價地生產(chǎn)出功能強大、經(jīng)久耐用的替代品。

△為機械臂安裝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)的過程時說：“由于這只是一個對3D打印機重新編程的問題，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器人系統(tǒng)中，機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或在人類環(huán)境中使用，就需要確保其相當(dāng)安全。預(yù)計軟皮膚將在這方面發(fā)揮重要作用，因為它既可用于符合機械安全要求，也可用于觸覺傳感。”

△3D打印墊既可用作機械臂的軟皮膚，又可用作基于壓力的機械傳感器

3D打印軟皮墊

這些軟皮膚墊結(jié)合了先進的材料和尖端的設(shè)計，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打印機開發(fā)而成。特點是柔軟的外層包裹著中空的填充部分。壓縮時，墊內(nèi)的氣壓會發(fā)生變化，從而可以通過連接的壓力傳感器檢測振動、觸摸和壓力。

鑒于它簡單的制造工藝和經(jīng)濟性，3D打印部件為集成到新興機器人系統(tǒng)中提供了一個極具吸引力的選擇。在部件的維護和清潔帶來重大經(jīng)濟或物流挑戰(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)計融入了氣動設(shè)計，在觸摸時對觸摸板區(qū)域進行加壓

Kim概述了3D打印如何克服這些障礙，他說：“想象一下，你想使用軟皮膚機器人在醫(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。無論哪種方式，成本都很高。然而，3D打印是一種可擴展性很強的工藝，因此可以以低廉的成本制造出可互換的部件，并能方便地裝卸機器人軀體?！?br />
隨著人們對更安全、更直觀的機器人的需求不斷增長，3D打印軟皮膚墊為人類患者與機器之間更舒適、更敏感的互動提供了一個引人注目的解決方案。此外，它們的經(jīng)濟性和多功能性使許多用戶都能使用，為在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用鋪平了道路。