应对软感应挑战的绝佳解决方案

从仓库到医院，在各个地方使用软机器人来帮助人类搬运物品，治疗患者和收集信息。随着对这些机器人的兴趣不断增长，科学家们正在开发各种方法，以赋予它们自然软组织中发现的那种传感能力。

但是，这种尝试带来了很多挑战。大多数类型的触觉皮肤在人们想要检测触摸的每个位置都需要一根电线。当涉及到较大的区域时，导线最终看起来可能像是一个大燕窝。

更糟糕的是，这种复杂的电气接口可能会破坏系统。“这些电线在智能手机和其他设备等坚硬的外壳中可能很好，但是如果您谈论的是织物，皮肤或其他柔软的东西，那么所有这些电线突然会成为故障的根源，”合伙人卡梅尔·马吉迪说。卡内基梅隆大学机械工程学教授。

那么如何避免这种麻烦呢?来自他的软机实验室的Majidi和Tess Hellebrekers开发了一种优雅的解决方案：具有单个感应元件的柔软磁性皮肤。他们的发现发表在《高级智能系统》上。

这种柔软的皮肤就像可拉伸的磁铁，可以放在机器人，自然的皮肤或其他材料上，以赋予它们触感。它由载有数百万个微粒的硅橡胶组成。每个粒子都有一个北极和一个南极，它们产生一个磁场。当材料与另一物体接触时，橡胶会检测到移动，所有这些微粒都会开始四处移动，从而改变橡胶内的内部磁场。

这些变化在磁场然后将通过磁力计，嵌在磁性皮肤的电子芯片进行检测。通过测量这些变化，磁力计可以推断出触点的位置和强度。换句话说，它可以估计触摸的位置以及触摸在材料表面上按压的力度。

“我认为力量和接触是大多数皮肤感应的两个主要兴趣，因为我们的皮肤也可以做到这一点，”机器人学博士学位的赫勒布雷克斯说。

此外，这种皮肤无需直接触摸材料表面即可感知接触。马吉迪说：“磁铁的优点是它们可以穿透空气。” “您不必具有物理连接即可感应该磁场。”

由于这种特性，磁性皮肤可以发展成为医学上的绝佳工具。科学家和医生对在医学中尤其是在胃肠道(GI)内窥镜中使用软机器人越来越感兴趣。尽管它们取得了长足的进步，但仍然难以集成电子设备和传感器，因为它们往往非常笨重且坚固，这会干扰内窥镜的移动性。

这就是Majidi的团队对应用新发现感到兴奋的原因。Majidi说：“在像机器人内窥镜这样的领域中，您希望引入传感功能但又不想使用笨重的电子设备和大量布线的情况下，这种材料可能是一种突破。”

为了进一步增强磁性皮肤，Majidi的团队将研究如何检测沿类似于导管内窥镜的圆柱形物体的力。它们还旨在扩大皮肤的感应范围。目前，磁性皮肤可以在连续的1.5 cm²区域上定位接触。研究人员正在研究使磁性微粒产生更大磁场或将磁力计放置在不同位置的方法。

尽管他们的项目仍在开发中，但这为软机器人传感技术打开了新的大门。Hellebrekers说：“我真的很喜欢这个系统，因为我们可以在没有任何电气接口的情况下测量磁场。” “这给了我们更多的设计自由，可以更容易地将其集成到不同的系统中。”