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軟體充氣機器人具有卓越的柔韌性和適應性，正在成為眾多應用領(lǐng)域的前景之光。然而，將傳感和控制系統(tǒng)無縫集成到這些機器人中一直是一個棘手的挑戰(zhàn)，因為它必須在不影響機器人的柔軟性、外形尺寸或性能的情況下進行。
一支由Jiyun Kim教授(UNIST新材料工程系)和Jonbum Bae教授(UNIST機械工程系)領(lǐng)導的研究團隊在這一領(lǐng)域取得了巨大的突破，他們成功地開發(fā)了一種被稱為“軟閥”技術(shù)的創(chuàng)新解決方案，該技術(shù)實現(xiàn)了傳感器和控制閥的完全集成，同時保持了機器人的柔軟性。
傳統(tǒng)上，軟機器人的身體必須與剛性電子元件并存，以實現(xiàn)感知功能。這一挑戰(zhàn)催生了“軟閥”技術(shù)，這是一種綜合性解決方案，將傳感器和控制閥融合在一起，而不會妨礙機器人的柔軟性。這項技術(shù)使用軟模擬傳感器和控制閥，這些組件不需要電力即可運行。
這些管狀部件具有雙重功能：它們能夠檢測外部刺激，同時可以使用氣壓來精確控制機器人的運動。
這一突破意味著軟機器人不再需要依賴剛性電子元件來進行感知和控制。傳統(tǒng)的軟機器人雖然具備柔韌的身體，但通常需要硬電子部件來進行刺激檢測和驅(qū)動控制。然而，軟閥技術(shù)的出現(xiàn)為這些機器人賦予了更大的自主性和適應性。
這項研究還帶來了廣泛的應用前景。研究團隊創(chuàng)建了通用鉗子，它們能夠巧妙地夾住易碎物品，例如薯片，從而避免了傳統(tǒng)剛性機器人夾取物體時可能施加過大的力而導致破損。
此外，研究團隊還成功地開發(fā)了可穿戴的肘部輔助機器人，旨在減輕進行重復性任務(wù)或需要劇烈手臂活動的工作時對肌肉的負擔。這些肘部支撐可以根據(jù)個人手臂的彎曲角度自動調(diào)整，平均減少了63%的壓力，使得佩戴機器人時更加舒適。
軟閥技術(shù)的核心原理是利用管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的氣流來操作。當對管的一端施加拉力時，內(nèi)部螺紋將其壓縮，從而控制氣體的流入和流出。這種獨特的運動類似于手風琴，可以實現(xiàn)精確而靈活的機器人運動，而無需電力。
研究團隊還發(fā)現(xiàn)，通過對管內(nèi)的結(jié)構(gòu)或螺紋數(shù)量進行編程，他們可以準確地控制氣流的變化。這種可編程性使得機器人可以根據(jù)不同情況和要求進行定制調(diào)整，同時保持對外力的靈活響應。
Bae教授表示：“這些新開發(fā)的組件可以輕松地通過材料編程來使用，而無需電子設(shè)備。這一突破將極大地促進各種可穿戴系統(tǒng)的進步。”
這一突破性的軟閥技術(shù)標志著向?qū)崿F(xiàn)全軟、無電子機器人的自主操作邁出了一大步，這是增強多個行業(yè)安全性和適應性的重要里程碑。相關(guān)研究結(jié)果已發(fā)表在《自然通訊》雜志上，為軟機器人領(lǐng)域的未來打開了嶄新的可能性。這一技術(shù)有望在醫(yī)療、制造業(yè)和許多其他領(lǐng)域中發(fā)揮關(guān)鍵作用，為我們的生活和工作帶來更大的便利和創(chuàng)新。
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