剑桥团队开发低成本自愈传感器赋能先进机器人

剑桥大学研究人员开发出低成本果冻状材料，能感应应变、温度和湿度。与早期自愈机器人不同，这些材料可在室温下自我部分修复。

软性传感技术有望变革机器人、触觉界面和可穿戴设备等领域。然而，大多数软传感技术不够耐用且能耗高。

“将软传感器集成到机器人中，能让我们获取更多信息，就像肌肉应变让大脑了解身体状态一样，”论文第一作者、剑桥工程系的 David Hardman 说。该论文发表在《NPG Asia Materials》期刊上。

作为欧盟资助的 SHERO 项目一部分，Hardman 及同事致力于为机器人手臂开发软性自愈感应材料。这些材料能检测损伤、自行临时修复并恢复工作，无需人工干预。

“我们研究自愈材料多年，现在在探索更快、更廉价的自愈机器人制造方法，”共同作者 Thomas George-Thuruthel 补充道。

早期自愈机器人需要加热才能愈合，剑桥团队现开发出室温自愈材料，更适合实际应用。

“我们从一种廉价、可生物降解、生物相容的明胶基材料入手，通过添加各种导电组件测试如何将传感器融入材料，”Hardman 说。

研究人员发现，用氯化钠（盐）打印传感器而非碳墨，可获得所需性能。盐溶于水基水凝胶中，为离子传导提供均匀通道。

测量打印材料电阻时发现，应变变化产生高度线性响应，可用于计算材料变形。加盐还能感测超过原长三倍的拉伸，使材料适用于柔性可拉伸机器人设备。

自愈材料廉价易制，可 3D 打印或铸造。优于现有替代品的是：长期强度稳定不干燥，完全由广泛可得的食品级材料制成。

“考虑到成本和制造简易性，这是一个非常好的传感器，”George-Thuruthel 说。“我们能用明胶做出整个机器人，在需要的地方打印传感器。”

自愈水凝胶能与多种材料良好结合，易于融入其他机器人类型。例如，研究人员所在的生物启发机器人实验室专注于人造手开发。尽管该材料仍属概念验证阶段，若进一步开发，可用于人造皮肤及定制可穿戴可降解传感器。

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