關(guān)于制造軟機(jī)器人傳感器的可持續(xù)策略

（文章來源：科技報(bào)告與資訊）
? ? ?? 現(xiàn)在，全球越來越多的公司和研究小組開發(fā)基于復(fù)合材料的順應(yīng)性傳感器，這種傳感器具有廣泛的應(yīng)用前景。由兩種或多種物質(zhì)制成的復(fù)合材料通常具有獨(dú)特的特性，不同于其單個(gè)組件的特性。

過去的研究發(fā)現(xiàn)，包含聚合物基體和導(dǎo)電填料的復(fù)合材料對(duì)于順應(yīng)性傳感器的開發(fā)特別有希望，因?yàn)樗鼈兛梢源笠?guī)模印刷。由此類材料制成的傳感器的主要優(yōu)勢(shì)在于，它們可以集成在幾何形狀復(fù)雜或靈活的系統(tǒng)中，例如可穿戴設(shè)備和軟機(jī)器人。耶魯大學(xué)的研究人員最近推出了一種方法，該方法可以可持續(xù)地制造用于軟機(jī)器人應(yīng)用的兼容傳感器。在《Science Robotics》論文中提出的這種方法涉及使用基于乙醇的Pickering乳劑，該乳劑會(huì)自發(fā)凝結(jié)，形成可以輕松印刷在軟機(jī)器人系統(tǒng)上的導(dǎo)電復(fù)合材料。

研究人員在論文中寫道：“印刷復(fù)合材料通常需要使用甲苯或環(huán)己烷之類的溶劑來溶解聚合物樹脂，并使該材料稀薄至可印刷的粘度。但是，這類溶劑會(huì)引起大多數(shù)聚合物基材的溶脹和分解，限制了復(fù)合材料的使用。此外，許多常規(guī)溶劑是有毒的，否則會(huì)危害健康?！?/p>

意識(shí)到嘗試使用溶劑打印復(fù)合材料時(shí)遇到的挑戰(zhàn)，耶魯大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了一種新方法，該方法可以使傳感器的生產(chǎn)更加有效和可持續(xù)。他們開發(fā)的策略基于使用乙醇基的Pickering乳劑，該乳劑會(huì)自發(fā)凝結(jié)，形成可以打印到不同類型傳感器中的導(dǎo)電復(fù)合材料。研究人員在論文中寫道：“ Pickering乳液由被乙醇載體中的導(dǎo)電納米顆粒穩(wěn)定的乳化聚合物前體組成。一旦乙醇蒸發(fā)，就會(huì)釋放出前體，然后在納米顆粒網(wǎng)絡(luò)中聚結(jié)并與大氣中的水分自發(fā)聚合。”

一旦他們確定了新的傳感器制造策略，研究人員便將自凝結(jié)的Pickering乳液印刷到許多聚合物系統(tǒng)中，包括傳統(tǒng)的紡織材料和軟致動(dòng)器。他們使用的導(dǎo)電物質(zhì)賦予這些系統(tǒng)感應(yīng)功能，從而產(chǎn)生了不同類型的順應(yīng)性傳感器。

到目前為止，研究人員已經(jīng)使用他們的制造方法制造了注入復(fù)合材料的人體運(yùn)動(dòng)學(xué)膠帶、護(hù)膝和棉手套。他們還采用了相同的策略來制造柔軟的機(jī)器人皮膚，稱為OmniSkins，方法是在平紋細(xì)布織物上印刷導(dǎo)電乳液并在其上連接執(zhí)行器。

在初步測(cè)試中，研究人員開發(fā)的基于Pickering乳液的傳感系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了卓越的應(yīng)變敏感性和可忽略的滯后性，這對(duì)于大多數(shù)可穿戴技術(shù)和軟機(jī)器人應(yīng)用而言都是非常理想的特性。將來，在最近的這篇論文中引入的新制造策略可以使創(chuàng)新和高性能傳感技術(shù)（包括柔軟的機(jī)器人皮膚和具有傳感功能的衣物）更加可持續(xù)地發(fā)展。