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带有太阳能发电功能的电子皮肤机械臂

大学仕 2020-12-14 10:56

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复制人类的触摸感很复杂——电子皮肤需要柔软、可拉伸且对温度、压力和纹理敏感；他们需要能够读取生物数据并提供电子读数。因此，如何为电子皮肤供电以连续实时使用是一个很大的挑战。为了解决这个问题，英国格拉斯哥大学的研究人员已经开发出了一种由微型太阳能电池制成的，无需专用触摸传感器的能产生能量的皮肤。太阳能电池不仅产生自己的能量而且还为触摸和接近感应提供触觉功能。他们的发现的早期观点论文发表在《 IEEE Transactions on Robotics》上。

当带有太阳能发电功能的电子皮肤机械臂暴露在光源下时，皮肤上的太阳能电池会产生能量。如果被附近的物体遮挡，光的强度以及因此产生的能量会降低，当机械臂与物体接触并确认触摸时，其强度会降低至零。在这样的模式下，光强度会告诉您对象相对于单元的距离。格拉斯哥大学詹姆斯·瓦特工程学院的可弯曲电子与传感技术（BEST）组的Ravinder Dahiya表示“用户可以实时比较光强度，并在校准后找出距离。” 该团队将红外LED与太阳能电池一起使用来进行接近感测，以获得更好的结果。

为了证明他们的概念，研究人员将3D打印的通用机械手包裹在太阳皮肤上，然后记录下来与环境互动的数据。概念验证测试显示，机械臂手掌的能量过剩为383.3 mW。他们在论文中报告说：“如果eSkin遍布全身，则可以产生100 W以上的功率。”

Dahiya说：“如果您看的是电池供电的自动机器人，那么要消耗大量能量的电子皮肤，这是一个大问题。” “另一方面，如果您的皮肤会产生能量，那么可以缩短手术时间，因为您可以在手术期间继续充电。” 他说，从本质上讲，他们将挑战变成了一个挑战，即如何通过将皮肤的大表面积转化为能产生能量的资源来为其提供机遇。

Dahiya考虑到BEST的创新电子皮肤具有广泛的材料集成感测功能，除了机器人技术中的明显用途外，Dahiya还设想了其众多应用。例如，在假肢中，研究员正在将太阳能电池本身用作触摸传感器，使其体积也比其他电子皮肤要小。这将有助于制造具有最佳重量和尺寸的假肢，从而使假肢使用者更加容易。

如果进行电子皮肤研究，真正的行动要在接触后开始。太阳皮肤是向前迈出的一步，因为它会在物体接近时开始起作用，并且有更多的时间为行动做准备，这可以有效地减少在脑机接口中经常出现的时滞。在自动化领域，特别是在电动和交互式车辆中，也存在着可能性。覆盖有太阳能电子皮肤的汽车由于具有接近感应功能，将能够“看见”正在接近的障碍物或人。Dahiya澄清说，这不是生物学意义上的“看见”，而是从机器的角度来看。它可以与其他物体集成在一起，而不仅仅是汽车，可以用于多种用途。

在实验室中，测试是使用650 lux的单个白光源进行的，但是Dahiya认为，如果它们可以与电子皮肤可以区分的多个光源一起使用，则是存在有趣的可能性。他说：“为此我们正在探索不同的人工智能技术，以一种创新的方式处理数据，以便我们可以识别光源和物体的方向。”

BEST团队的成就使我们更接近可以触摸和“看见”的灵活，自供电，具有成本效益的电子皮肤。但是，目前仍然存在一些挑战，其中之一是灵活性。在他们的原型中，他们使用了由非晶硅制成的商用太阳能电池，每个电池1cm x 1cm。Dahiya表示它们不是柔性的，但它们集成在柔性基板上。“我们目前正在研究基于纳米线的太阳能电池……希望在能量和传感功能方面实现良好的性能。” 达希亚（Dahiya）所说的另一个缺点是“集成挑战”，即如何使日光蒙皮使用不同的材料。

（文章来源于机器人在线网）

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