皮肤|“智能泡沫”成机器人皮肤新材料！能感知你的手，坏了还能自我修复

文章插图
智东西（公众号：zhidxcom）
编译 | 贞逸
编辑 | 云鹏
智东西7月12日消息，近日，据路透社报道，新加坡研究人员开发了一种智能泡沫材料（smart foam material），可以让机器人感知附近的物体，并在损坏时自我修复，就像人类皮肤一样。
这种智能泡沫被称为AiFoam（Artificially innervated foam），是一种高弹性聚合物（elastic polymer），由含氟聚合物（fluoropolymer）与降低表面张力的化合物（compound that lowers surface tension）混合而成。新加坡国立大学的研究人员称，这使得AiFoam在受到切割时很容易融合成一块（自我修复）。

文章插图
AiFoam
该研究论文题目为《人工神经支配的自愈泡沫作为合成压电阻抗传感器皮肤（Artificially innervated self-healing foams as synthetic piezo-impedance sensor skins）》，该研究成果已于2020年11月在Nature Communications杂志上发表。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-19531-0

文章插图
一、智能泡沫材料制作步骤多，调配困难智能泡沫这种新材料虽然功能很强大，但制作起来可是相当有困难。不信你看着步骤：
1.需要将含氟表面活性剂 (Zonyl FS-300) 放在 70 °C 的烘箱中干燥。
2.将两克聚（偏二氟乙烯）-共六氟丙烯（PVDF-HFP）（3M）溶解在丙酮中并搅拌至少4小时。
3.向溶液中加入1.7ml含氟表面活性剂并搅拌24小时。
4.将 46 微升 1,3-二氨基丙烷 (DAP) 滴加到搅拌溶液中，在反应30分钟后，溶液将变成淡黄色。
【皮肤|“智能泡沫”成机器人皮肤新材料！能感知你的手，坏了还能自我修复】5.将 μNi 微粒添加到溶液中，并使用 SpeedMixer (FlackTek) 在 2500 rpm 下将溶液混合 2.5 分钟。
6.将混合物浇铸到2.5×5×0.2cm 的玻璃模具（宽×长×高）中。
7.然后将材料置于加热板上，在 70°C 下加热 30 分钟，通过蒸发丙酮来自发泡。
8.为了交联聚合物，将材料加热至 120 °C 并保持 30 分钟。
通过加热搅拌再加热的复杂程序，智能泡沫就做好了，制作方法是真的很困难呢！

文章插图
制作AiFoam
二、被破坏后能自愈合，还能被拉伸近两倍受人类体感神经支配结构（architecture of the human somatosensory innervations）的启发，团队提出了一种新结构，该结构使用三维金属线电极（three-dimensional (3D) metal wire electrodes）作为“神经”，嵌入到低模量（low-modulus）的自愈泡沫中。与其他基于泡沫的传感器相比，团队合成的自修复泡沫材料仅有600kpa的低模量（低模量的拉伸模量MPa≤0.4或≤0.6），并且具有弹性，可为接触力传感器提供恢复力。
据研究人员介绍，“在四天内将其加热至 70 摄氏度，该材料愈合了大约 70％，并且仍可以拉伸到其长度的几乎两倍（180％）。”

文章插图
AiFoam能够自愈合
三、模拟“人类的触觉”，使得互动更加智能为了复制人类的触觉，研究人员在这种材料中注入了微小的金属颗粒，并在泡沫表面下方添加了微小的电极。当施加压力时，金属颗粒在聚合物基体中靠拢，改变了它们的电性能（electrical properties）。新加坡国立大学的Benjamin C.K. Tee教授表示，这些变化可以通过计算机的电极检测到，然后发出指令告诉机器人该做什么。
“当我将手指移到传感器附近时，您可以看到传感器正在测量我的电场变化，并对我的触摸做出相应的响应，”他说。此功能使机器人的“手”不仅可以检测到力的大小，还可以检测到受力方向，从而可能使机器人更加智能和互动。