자외선

npj 유연한 전자공학 6권, 기사 번호: 94(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

부드러운 로봇 손은 로봇이 다양한 물체를 안전하고 부드럽게 잡을 수 있도록 함으로써 인간과 로봇의 상호 작용을 촉진할 수 있습니다. 그러나 적절한 감지 시스템이 부족하여 성능이 저하되었습니다. 우리는 부드러운 로봇 손과 통합된 유연하고 신축성이 있는 다중 모드 센서 네트워크를 제시합니다. 유연한 금속화 필름의 유선 센서 설계는 UV 레이저 금속 절제와 플라스틱 절단을 동시에 사용하여 센서 전극과 Kirigami 패턴의 신축성 전도성 와이어를 단일 네트워크로 만드는 제조 접근 방식을 통해 구현되었습니다. 우리는 각 외부 자극에 대한 임피던스 변화를 측정하여 인터커넥트와 센서를 평가했으며 네트워크 확장에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는 것으로 나타났습니다. 부드러운 로봇 그리퍼를 감싼 센서 시트를 사용하여 음식 취급을 위한 따뜻한 부리토와 의료용 따뜻한 아기 인형을 포함한 여러 상호 작용 시나리오를 시연했습니다.

최근 소프트 로봇 분야에서는 엄청난 발전이 있었습니다. 특히, 부드러운 로봇 손은 기존의 견고한 로봇 공학의 영원한 과제인 복잡한 모양, 깨지기 쉬운 또는 변형 가능한 물체를 파악하고 조작하는 것으로 입증되었습니다1,2. 이러한 기능을 기반으로 산업, 인간 상호 작용 및 의료 응용 분야를 위한 유망한 솔루션으로 등장했습니다3,4,5. 잠재력과 최근의 발전에도 불구하고 대부분의 로봇은 피드백 제어에 대한 감지가 부족하여 여전히 손으로 능숙한 활동을 수행하지 않습니다. 따라서 소프트 로봇 손을 위한 센서 개발은 여전히 ​​중요한 단계로 남아 있습니다.

피부 감지 기능을 갖춘 부드러운 로봇 손을 모방하고 인간-로봇 상호 작용을 촉진하려는 노력의 일환으로 많은 솔루션이 제안되었습니다9,10,11,12,13,14,15,16. 그러나 많은 경우 소프트 로봇 센서는 주로 로봇 자체의 상태를 감지하는 데 관심이 있습니다(예: 굽힘 각도 또는 내부 압력 감지). 더 작은 숫자17,18,19,20,21는 로봇과 물체 또는 표면 간의 상호 작용에 대한 정보에 대한 피부 감지를 제공합니다. 관련 연구에서 연구자들은 인간의 피부22,23,24,25,26,27에 장착할 수 있는 신축성 센서를 개발했습니다. 그러나 이들 중 대부분은 잡은 물체에 대한 근접성이나 표면 온도와 같은 접촉 현상을 감지하는 것을 목표로 하지 않습니다.

소프트 로봇이나 보철물에 기존 센서를 통합하면 기계적 특성 측면에서 불일치가 발생합니다. 대부분의 기존 센서는 단단하지만 소프트 로봇의 표면은 늘어나고 구부러져야 합니다. 따라서 센서와 네트워크는 센서 신호에 원치 않는 변형 효과 없이 부드러운 표면에 맞춰 움직이기 위해 신축성이 있고 유연한 폼 팩터가 필요합니다. 최근 소프트 센싱 네트워크의 발전에도 불구하고 제조 비용 및 복잡성, 다양한 애플리케이션에 맞게 맞춤화해야 하는 필요성, 처리와 센서의 통합 등의 지속적인 과제가 있습니다. 이러한 요구 사항 외에도 식품 취급 및 인간 상호 작용과 같은 응용 분야에서는 오염을 방지하기 위해 쉽게 교체할 수 있는(이상적으로는 일회용) 센서가 필요합니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 여기에 보고된 센서 네트워크 설계 및 시연은 일회용품에 필요한 비용 및 교체 용이성과 일치하여 제조 및 통합 복잡성이 낮습니다. 이 연구는 소프트 로봇 및 보철 응용 분야에서 이러한 문제를 해결하는 신축성 다중 감지 어레이 제작을 위해 UV 레이저 제조 기술을 활용하는 방법을 보여줍니다. UV 레이저 제조로 제작된 센서(28,29,30) 및 전도성 와이어(31,32,33)와 같은 감지 네트워크 구성 요소의 요소가 보고되었지만 본 논문에서는 여기에 보고된 다중 모드 센서 네트워크의 설계를 제시합니다. , 신축성 있는 키리가미 네트워크의 여러 유연한 센서와 와이어 번들의 조합을 포함합니다. 이를 통해 금속화된 플라스틱 필름의 경우 $0.005(USD)의 비용으로 50 × 50 mm2 센서 네트워크에서 여러 센서와 와이어를 3분 만에 제작할 수 있습니다. 빔 매개변수(전력, 주파수, 듀티 사이클, 속도)를 다양하게 하여 유연한 전도성 필름의 각 금속 및 플라스틱 층에 서로 다른 특징을 패턴화했습니다. 절단 패턴을 늘려 다양한 형태의 상용 소프트 로봇의 표면을 감싸면 통합이 쉽게 이루어질 수 있습니다. 패턴 치수를 수정함으로써 다양한 동적 범위, 공간 해상도 및 감지 요소를 사용하는 다양한 애플리케이션에 맞게 크기를 조정하고 사용자 정의할 수 있습니다. 예를 들어, 우리는 식품 준비 산업을 겨냥한 30 × 50mm 소프트 그리퍼 내부 표면에 있는 3개의 온도 센서와 6개의 근접 센서를 시연합니다.