人工指尖:硅橡胶材质的机器义肢

仿生指尖需要在各种环境下持久的工作,并且提供抓力和触觉传感。最近,一项新的研究展示了一种多模式联运的触觉传感器 BioTac,并且对其使用的各种候选弹性体和流体的性能进行了深入的分析。

SynTouch公司研发BioTac旨在充当人工义肢和机器人的指尖。它有一个刚性的内核,包含一个热敏电阻,铂电极和压力传感器。这个刚性内核被弹性橡胶做成的皮肤包裹在导电流体中。任何作用在弹性橡胶上的力都会改变流体的厚度,从而改变电极的阻抗。

这个系统的优势在于并没有位于皮肤上的传感器,因此,当弹性体磨损到不能使用的时候很容易更换。弹性体的成本要低廉、弹性要好,并且能够防止泄露、扩散损耗以及与流体的化学作用。此外,如果可能更耐切割和磨损,也能提高其使用的寿命。至于流体,需要具有100到1000欧姆·厘米的导电性来达到动态范围的要求,同时避免过多的电噪声。同时,还要求液体具有高润滑性和低粘度。

来自南加州大学的Dipayon Roy和同事们报道了几种有机硅和聚氨酯的机械性能,以及四种液体(NaBr分别溶于水,1,2 – 丙二醇,PEG-200和PEG-400四种溶液)在这些材料中的扩散情况。各种不同的表现都取决于环境条件。

在这个工作中,Silastic S硅橡胶结合NaBr在PEG-200和水的溶液能够较好的平衡各种需求,并且可以提供一个结构,能够对于各种变化进行缓慢的改变,不妨碍BioTac的运作。同时,归零和校正算法可以用于弥补比环境影响变化更快的性能波动。这项研究为其它基于流体的触觉传感和抓取方面的研究提供了指导。