机器人的太阳能皮肤

2020年11月27日

在《IEEE机器人学报》(IEEE Transactions on Robotics)上发表的一篇早期论文中，格拉斯哥大学(University of Glasgow)的研究人员描述了包裹在柔性太阳能皮肤中的机械手如何在不使用专用且昂贵的触摸传感器的情况下与物体进行交互。

相反，这种皮肤将一系列小型化的太阳能电池集成在柔软的聚合物表面上，巧妙地实现了双重用途。这些电池产生足够的能量来驱动控制手运动的微驱动器，但它们也通过测量太阳能电池输出的变化，为手提供独特的“触觉”。

当物体靠近细胞表面时，它们会减少到达细胞的光量。当光线变暗时，电池产生的电量会下降，最终当物体接触并覆盖它时，电量会达到零。通过对每个细胞产生的能量水平进行巧妙的解释，皮肤能够检测到入射物体的形状。

第二组简单的led集成在皮肤中的太阳能电池之间，将红外线传送到物体上。通过测量光从物体反射的时间，皮肤可以感知物体和手之间的距离。

结合从太阳能电池和led收集的信息，皮肤的处理器可以推断出物体的距离、位置和边缘，复制许多由传统触摸传感器测量的参数。这些数据可以让手抓住放在面前的橡胶球等物体。

在评论这一发展时，该大学詹姆斯·瓦特工程学院的Ravinder Dahiya教授说:“近年来，触敏电子皮肤在假肢和机器人领域已经有了大量的实验应用，但我们的项目是第一个能够在不使用专用触摸传感器的情况下提供触摸反馈的能量生成电子皮肤。

“没有传感器意味着皮肤不需要传统的电源来工作，不像其他类似的设备，包括触摸传感器。事实上，皮肤本身就是能量的来源，能够为手和附着在手上的设备提供动力。产生的电力可以储存在我们开发的柔性超级电容器等设备中，与皮肤一起工作，所以它不必经常暴露在阳光下工作。

“我们已经尝试将手添加到机械臂的末端，类似于在汽车制造工厂中发现的那种。当感知到意外物体时，皮肤上的传感器能够停止手臂的运动，我们认为这有助于防止未来的工业事故。”

该团队的论文题为“无触摸传感器的内置触觉感应电子皮肤发电”，已发表在IEEE机器人学报的早期访问版上，可在https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=9246727这项研究得到了工程和物理科学研究委员会(EPSRC)的资助。