3D打印軟皮墊增強了人類與機器人交互的安全性和可用性

2024年4月24日，南極熊獲悉，伊利諾伊大學厄巴納香檳分校的研究人員推出了一種具有成本效益的解決方案，為機器人配備了一種新型的3D打印軟皮膚墊，可用于提供機器人的安全性和可用性。利用3D打印技術的力量，這些創(chuàng)新的軟皮膚墊不僅能提供輕柔的觸感，還能用作機械壓力傳感器。

△該研究已發(fā)表在《ieee transactions on robotics》，題目為“低成本、易構建的軟機器人皮膚，實現(xiàn)安全、接觸豐富的人機協(xié)作”（傳送門）

傳統(tǒng)上，用于機器人的觸覺傳感器既復雜又昂貴，限制了它們的廣泛應用。然而，Joohyung Kim教授領導的團隊打破了這些障礙，證明了使用現(xiàn)成的3D打印機就能廉價地生產出功能強大、經(jīng)久耐用的替代品。

△為機械臂安裝3D打印軟皮墊示意，安裝前（左）和安裝后（右）

Kim教授在談到結合3D打印技術的過程時說：“由于這只是一個對3D打印機重新編程的問題，因此相同的技術（應用3D打印的軟皮膚墊）可以很容易地定制到不同的機器人系統(tǒng)中，機器人硬件可能涉及較大的力和扭矩，因此如果要與人類直接互動或在人類環(huán)境中使用，就需要確保其相當安全。預計軟皮膚將在這方面發(fā)揮重要作用，因為它既可用于符合機械安全要求，也可用于觸覺傳感�！�

△3D打印墊既可用作機械臂的軟皮膚，又可用作基于壓力的機械傳感器

3D打印軟皮墊

這些軟皮膚墊結合了先進的材料和尖端的設計，具有非凡的功能。軟皮膚墊采用熱塑性聚氨酯材料，使用現(xiàn)成的Raise3D E2 3D打印機開發(fā)而成。特點是柔軟的外層包裹著中空的填充部分。壓縮時，墊內的氣壓會發(fā)生變化，從而可以通過連接的壓力傳感器檢測振動、觸摸和壓力。

鑒于它簡單的制造工藝和經(jīng)濟性，3D打印部件為集成到新興機器人系統(tǒng)中提供了一個極具吸引力的選擇。在部件的維護和清潔帶來重大經(jīng)濟或物流挑戰(zhàn)的情況下，使用3D打印技術尤其有利。

△柔軟的觸摸板設計融入了氣動設計，在觸摸時對觸摸板區(qū)域進行加壓

Kim概述了3D打印如何克服這些障礙，他說：“想象一下，你想使用軟皮膚機器人在醫(yī)院環(huán)境中提供幫助。它們需要定期消毒或者需要定期更換皮膚。無論哪種方式，成本都很高。然而，3D打印是一種可擴展性很強的工藝，因此可以以低廉的成本制造出可互換的部件，并能方便地裝卸機器人軀體�！�

隨著人們對更安全、更直觀的機器人的需求不斷增長，3D打印軟皮膚墊為人類患者與機器之間更舒適、更敏感的互動提供了一個引人注目的解決方案。此外，它們的經(jīng)濟性和多功能性使許多用戶都能使用，為在各個領域的廣泛應用鋪平了道路。