温州大学：基于石墨烯-聚氨酯导电海绵的软机器人触觉手指

1成果简介

目前，智能机器人正在取代传统的工业应用。它延伸到商业、服务和护理行业以及其他领域。稳定的机器人抓取是各种复杂应用场景的必要前提。本文，温州大学 Hangze Li等研究人员在《Micromachines》期刊发表名为“A Soft Robot Tactile Finger Using Oxidation-Reduction Graphene–Polyurethane Conductive Sponge”的论文，研究提出了一种具有可调电导率、硬度和弹性模量的弹性多孔材料的制备方法。基于此，设计了一种柔软的机器人触觉指尖，该指尖轻柔，灵敏度高，范围可调。它具有出色的灵敏度（约1.089 kpa−1），响应时间快（约35 ms），可测量高达0.02N的最小压力和 500 次循环的稳定性。相同尺寸的传感器的基线电容可以提高5-6倍，石墨烯对聚氨酯海绵的粘附性更好，具有良好的减震性。此外，还演示了将触觉指尖应用于双指操纵器以实现稳定的抓握。在本文中，作者展示了软机器人触觉手指在智能机器人自适应抓取领域的巨大潜力。

2图文导读

图1.（a） 触觉指尖结构模型图;（b）基于弹性多孔电极的触觉指尖电场分布;（c）基于弹性多孔电极全压缩后的触觉指尖电场分布;（d） 柔性触觉指尖的简化模型。

图2.（a） RGO-PUF制造工艺示意图;（b） 预清洗聚氨酯海绵的SEM图像;（c） RGO-PU的SEM图像;（d）RGO-PUF的增大形态;（e）浸泡一次的RGO-PUF骨架的形态;（f）浸泡5次后RGO-PUF骨架的形态;（g）RGO-PUF骨架的增大形态。

图3.触觉指尖的传感性能测试图片和实验装置示意图

图4.触觉指尖的传感性能测试图片

图5.（a） 用于夹紧果冻的机器人mycobot 600的示意图;（b） 使用机器人Mycobot 600夹住蚕的示意图;（c） 握持果冻时触觉指尖样本的电容变化;（d） 夹紧活蚕时触觉指尖样品的电容变化。

3小结

综上所述，作者设计了一种电导率、孔密度和弹性模量可调的弹性多孔材料制备方法，并在此基础上设计了一种温和、高灵敏度、范围可调的机器人触觉指尖。通过氧化还原法，我们成功地将石墨烯应用于聚氨酯海绵的骨架表面，避免了由于溶液浸泡而导致触觉指尖性能下降的问题。这种触觉指尖具有高灵敏度（约1.089 kpa−1）、极快的动态响应 （约35 ms）、极低的检测限 （0.02 N）、超过 500 次循环的出色耐久性、基线电容增加 5-6 倍以及良好的减震性能。触觉指尖样品安装在mycobot pro 600机器人的刚性机械手上，用于抓取实验。实验结果表明，触觉指尖在抓取超轻、超低模量物体时具有优异的性能，与人类手指相似。

文献：
https://doi.org/10.3390/mi15050628

来源：材料分析与应用