软性机器人手指的3D打印版由中日两国研究人员共同实现

    浙江工业大学，天津大学，南京工业大学和立命馆大学的研究人员正在使用3D打印来创建柔软的机器人手指。由嵌入式单电极摩擦电曲率传感器（S-TECS）驱动的手指可以在超低工作频率下感应弯曲曲率，而无需外部电源。该设备的制造证明了多材料3D打印不仅可以用于制造软致动器，而且还可以用于功能传感器。研究人员希望，这项创新将为制造可控软机器人的简单，快速的制造过程铺平道路。

    打造机械手指的独特方法

    基于软材料和柔性结构的混合体，机器人技术越来越多地提供应对老化挑战的解决方案。随着软机器人研究的发展和新制造方法的发展，人机交互变得越来越安全，为该技术打开了新的应用领域。例如，您可以直接打印具有紧密复杂结构和硬组件的软机器人。这一发展带来了创新，例如Wyss Institute在2015年制造的3D打印跳跃机器人。

    其他软件机器人项目，例如Wyss团队项目，将基于压电，导电，磁性和有机光学材料的软件传感器集成到软件机器人的设计中。但是，据研究人员称，这些传感器可能具有诸如原型制作时间长，布线不稳定，系统组装复杂以及系统集成困难等缺点。

    因此，研究团队选择使用摩擦电传感器。这种类型的组件具有很高的弹性和灵敏度，因此机器人可以实时主动地感应和感知其变形或响应。通过在此过程中使用3D打印，该团队现在具有使用多种材料并减少原型制作时间的一步式打印过程。研究人员的S-TECS传感器是通过将摩擦电曲率传感器与可伸缩电极相结合而构建的，避免了以前项目的相同集成复杂性。

将S-TECS传感器集成到3D打印零件中

    设备的主体包含九个与主要呼吸道相连的充气腔，每个充气腔具有矩形形状，为打印S-TECS图案提供了平坦的表面。坚硬的增强腔室宽2毫米，每端都有两个垫片，以支撑S-TECS的顶层并在两层之间保持3毫米的高度。附加指状物只能根据腔室配置在一个方向上弯曲。当手指弯曲时，它开始接近S-TECS的底层，直到完全接触，从而激活接触以充电并产生电。

    使用Stratasys多材料Objet350 3D打印机，该设备分为两部分：增强的软体和连接器。 S-TECS图案直接打印在手指主体的顶部，从而简化了整个制造过程并减少了制造时间。装置的摩擦电层和柔性体使用类似摩擦的Agilus Black印刷材料制造，这是因为其抗张强度为2.75 MPa，断裂伸长率为250％。固化在室温下进行24小时，拧紧手指的3D打印部分，然后通过硅酮胶将S-TECS粘上以完成组装。 

    研究人员通过改变表面结构，施加的力和自动设置的工作频率来测试传感器在各种条件下的性能。尚不知道将传感器与各种软材料集成在一起会降低整个机器人系统的灵活性和适应性。此外，这些传感器已被证明能够以0.06 Hz的超低工作频率测量高达8.2 m-1的手指弯曲度。该测试不仅证明了S-TECS作为自供电曲率传感器的有效性，而且还证明了使用多材料3D打印技术创建具有摩擦电学层的柔性机器人结构的可能性也证明了。研究人员得出结论，此方法可用于将来使用高级感应功能的机器人应用中。