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軟體充氣機(jī)器人具有卓越的柔韌性和適應(yīng)性，正在成為眾多應(yīng)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(jī)器人中一直是一個(gè)棘手的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗仨氃诓挥绊憴C(jī)器人的柔軟性、外形尺寸或性能的情況下進(jìn)行。
一支由Jiyun Kim教授(UNIST新材料工程系)和Jonbum Bae教授(UNIST機(jī)械工程系)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)了傳感器和控制閥的完全集成，同時(shí)保持了機(jī)器人的柔軟性。
傳統(tǒng)上，軟機(jī)器人的身體必須與剛性電子元件并存，以實(shí)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(huì)妨礙機(jī)器人的柔軟性。這項(xiàng)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(yùn)行。
這些管狀部件具有雙重功能：它們能夠檢測(cè)外部刺激，同時(shí)可以使用氣壓來精確控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。
這一突破意味著軟機(jī)器人不再需要依賴剛性電子元件來進(jìn)行感知和控制。傳統(tǒng)的軟機(jī)器人雖然具備柔韌的身體，但通常需要硬電子部件來進(jìn)行刺激檢測(cè)和驅(qū)動(dòng)控制。然而，軟閥技術(shù)的出現(xiàn)為這些機(jī)器人賦予了更大的自主性和適應(yīng)性。
這項(xiàng)研究還帶來了廣泛的應(yīng)用前景。研究團(tuán)隊(duì)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(jī)器人夾取物體時(shí)可能施加過大的力而導(dǎo)致破損。
此外，研究團(tuán)隊(duì)還成功地開發(fā)了可穿戴的肘部輔助機(jī)器人，旨在減輕進(jìn)行重復(fù)性任務(wù)或需要?jiǎng)×沂直刍顒?dòng)的工作時(shí)對(duì)肌肉的負(fù)擔(dān)。這些肘部支撐可以根據(jù)個(gè)人手臂的彎曲角度自動(dòng)調(diào)整，平均減少了63%的壓力，使得佩戴機(jī)器人時(shí)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(dāng)對(duì)管的一端施加拉力時(shí)，內(nèi)部螺紋將其壓縮，從而控制氣體的流入和流出。這種獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)類似于手風(fēng)琴，可以實(shí)現(xiàn)精確而靈活的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，而無需電力。
研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)管內(nèi)的結(jié)構(gòu)或螺紋數(shù)量進(jìn)行編程，他們可以準(zhǔn)確地控制氣流的變化。這種可編程性使得機(jī)器人可以根據(jù)不同情況和要求進(jìn)行定制調(diào)整，同時(shí)保持對(duì)外力的靈活響應(yīng)。
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(jìn)各種可穿戴系統(tǒng)的進(jìn)步。”
這一突破性的軟閥技術(shù)標(biāo)志著向?qū)崿F(xiàn)全軟、無電子機(jī)器人的自主操作邁出了一大步，這是增強(qiáng)多個(gè)行業(yè)安全性和適應(yīng)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(jī)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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