科研資訊

我國科學家設計出基于毛發狀微結構的高靈敏脈搏監測柔性傳感器

近日，清華大學深圳國際研究生院的科研團隊設計出基于毛發狀微結構的高靈敏脈搏檢測柔性傳感器。該研究成果發表在Chemical Engineering Journal期刊，論文標題為“Flexible sensor based on Hair-like microstructured ionic hydrogel with high sensitivity for pulse wave detection”。

該研究通過改進光刻工藝設計制造出一種離子水凝膠傳感器，其具有可調節、不穩定的類似毛發微結構，同時兼具了高靈敏度和寬壓力監測范圍。該傳感器在0～4 kPa 范圍內的靈敏度為2,296 kPa-1，在4～40 kPa 范圍內的靈敏度為1,167 kPa-1，在40～100 kPa范圍內的靈敏度為511 kPa-1，同時具有較低的檢測極限（-3.9 Pa）、快速的響應時間（37 ms）和良好的穩定性（2,900次/循環），并且其實時響應可以與不同的加載壓力、加載速度相匹配。同時，在無外界壓力下，該研究不僅成功通過袖帶壓縮來監測脈搏波，還實現了在靜壓下監測脈搏波。此外，離子水凝膠還可以被收集和再生，有利于環境保護和資源利用。

該研究為實現兼具高靈敏度、寬線性檢測范圍和良好穩定性的柔性可穿戴傳感器提供了有益探索。

日本研究團隊開發出基于柔性微指的主動觸覺傳感系統

2022 年10 月10 日，日本立命館大學（Ritsumeikan University）的 研究團隊在Scientific Report期刊上發表了題為“Active tactile sensing of small insect force by a soft microfinger toward microfinger-insect interactions”的論文，展示了一種基于集成人工肌肉執行器和觸覺應變傳感器的柔性微指。研究團隊提出了微機器人與昆蟲的交互系統，實現了球潮蟲和微指之間的交互，該成果有望應用于觸覺遙操作機器人系統。

微指（12 mm × 3 mm × 490 μm）作為末端執行器可以移動和觸摸昆蟲，并且可以檢測昆蟲的反作用力。微指的人工肌肉執行器是一種由聚合物制成的氣動球形執行器（PBA），它足夠柔軟且安全，可與昆蟲溫和地交互。在之前的研究中，團隊成員已經使用PBA 開發了帶有微指的機器人操縱系統，實現了物體抓取運動。此外，他們還開發了用于細胞聚集體操縱的微指，可將球形人類骨髓間充質干細胞（hMSC）聚集體（φ200 μm）捏住并釋放在微孔板上。

除了人工肌肉微執行器之外，研究還將觸覺傳感器集成到微指中。團隊成員利用液態金屬（Galinstan）填充的微通道開發了一種用于PBA 的應變傳感器。這種液態金屬應變傳感器是電阻式的，其應變系數大約為1。該應變傳感器可以通過將液態金屬填充到微通道中來制造。這項研究表明，集成在微指中的液態金屬應變傳感器可以檢測昆蟲的反作用力。因此，微指能夠對活體昆蟲進行主動力傳感。團隊成員還開發并報道了一種觸覺遙操作機器人系統，該系統由一個從屬微指和一個操作員的主接口設備組成。

該研究結果將推動對微小型生物的進一步評估，以及人類與環境交互的技術發展。

英國科學家開發智能機器人助力探查地下管道堵塞

近日，英國利茲大學教授內塔·科恩博士及其研究團隊在《機器人與人工智能前沿》雜志上發表了一項成果，展示了一種名為“喬伊”的微型機器人，該微型機器人可完全自主探索真實的地下管網。

“喬伊”能夠獨自在直徑僅為 7.5 cm 的迷宮管道中導航，它的重量只有70 g，小到可放在手掌中。

“喬伊”借助3D 打印的“輪腿”行走，這種輪腿可以在筆直的路段上滾動，也可以在小型障礙物上行走。它配備了一系列節能傳感器，可測量它到墻壁、交叉口和角落的距離，還配備了導航工具、麥克風和攝像頭，以及用于拍攝管網中的故障并保存圖像的“聚光燈”。

傳感器可讓“喬伊”在不需要打開攝像頭或使用耗電的計算機視覺的情況下導航，這既節省了能源，又延長了喬伊的電池壽命。當電池電量不足時，“喬伊”就會回到原點補充能量。

研究人員表示，其目標是開發一群可交流和合作的“喬伊”們，而且它們還將通過一個名為“袋鼠媽媽”的母親機器人進行部署。“袋鼠媽媽”將配備更復雜的傳感器和機械臂等修復工具，并攜帶多個“喬伊”。最終，該系統能夠檢查和繪制管網的狀況圖，監控管道甚至執行維護任務。