软机器人的未来已来，软阀技术面世

2023-09-20 16:39

软体充气机器人具有卓越的柔韧性和适应性，正在成为众多应用领域的前景之光。然而，将传感和控制系统无缝集成到这些机器人中一直是一个棘手的挑战，因为它必须在不影响机器人的柔软性、外形尺寸或性能的情况下进行。

一支由Jiyun Kim教授（UNIST新材料工程系）和Jonbum Bae教授（UNIST机械工程系）领导的研究团队在这一领域取得了巨大的突破，他们成功地开发了一种被称为“软阀”技术的创新解决方案，该技术实现了传感器和控制阀的完全集成，同时保持了机器人的柔软性。

传统上，软机器人的身体必须与刚性电子元件并存，以实现感知功能。这一挑战催生了“软阀”技术，这是一种综合性解决方案，将传感器和控制阀融合在一起，而不会妨碍机器人的柔软性。这项技术使用软模拟传感器和控制阀，这些组件不需要电力即可运行。

这些管状部件具有双重功能：它们能够检测外部刺激，同时可以使用气压来精确控制机器人的运动。

这一突破意味着软机器人不再需要依赖刚性电子元件来进行感知和控制。传统的软机器人虽然具备柔韧的身体，但通常需要硬电子部件来进行刺激检测和驱动控制。然而，软阀技术的出现为这些机器人赋予了更大的自主性和适应性。

这项研究还带来了广泛的应用前景。研究团队创建了通用钳子，它们能够巧妙地夹住易碎物品，例如薯片，从而避免了传统刚性机器人夹取物体时可能施加过大的力而导致破损。

此外，研究团队还成功地开发了可穿戴的肘部辅助机器人，旨在减轻进行重复性任务或需要剧烈手臂活动的工作时对肌肉的负担。这些肘部支撑可以根据个人手臂的弯曲角度自动调整，平均减少了63%的压力，使得佩戴机器人时更加舒适。

软阀技术的核心原理是利用管状结构内的气流来操作。当对管的一端施加拉力时，内部螺纹将其压缩，从而控制气体的流入和流出。这种独特的运动类似于手风琴，可以实现精确而灵活的机器人运动，而无需电力。

研究团队还发现，通过对管内的结构或螺纹数量进行编程，他们可以准确地控制气流的变化。这种可编程性使得机器人可以根据不同情况和要求进行定制调整，同时保持对外力的灵活响应。

Bae教授表示：“这些新开发的组件可以轻松地通过材料编程来使用，而无需电子设备。这一突破将极大地促进各种可穿戴系统的进步。”

这一突破性的软阀技术标志着向实现全软、无电子机器人的自主操作迈出了一大步，这是增强多个行业安全性和适应性的重要里程碑。相关研究结果已发表在《自然通讯》杂志上，为软机器人领域的未来打开了崭新的可能性。这一技术有望在医疗、制造业和许多其他领域中发挥关键作用，为我们的生活和工作带来更大的便利和创新。

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