3D打印软皮垫增强了人类与机器人交互的安全性和可用性

2024年4月24日，南极熊获悉，伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校的研究人员推出了一种具有成本效益的解决方案，为机器人配备了一种新型的3D打印软皮肤垫，可用于提供机器人的安全性和可用性。利用3D打印技术的力量，这些创新的软皮肤垫不仅能提供轻柔的触感，还能用作机械压力传感器。

△该研究已发表在《ieee transactions on robotics》，题目为“低成本、易构建的软机器人皮肤，实现安全、接触丰富的人机协作”（传送门）

传统上，用于机器人的触觉传感器既复杂又昂贵，限制了它们的广泛应用。然而，Joohyung Kim教授领导的团队打破了这些障碍，证明了使用现成的3D打印机就能廉价地生产出功能强大、经久耐用的替代品。

△为机械臂安装3D打印软皮垫示意，安装前（左）和安装后（右）

Kim教授在谈到结合3D打印技术的过程时说：“由于这只是一个对3D打印机重新编程的问题，因此相同的技术（应用3D打印的软皮肤垫）可以很容易地定制到不同的机器人系统中，机器人硬件可能涉及较大的力和扭矩，因此如果要与人类直接互动或在人类环境中使用，就需要确保其相当安全。预计软皮肤将在这方面发挥重要作用，因为它既可用于符合机械安全要求，也可用于触觉传感。”

△3D打印垫既可用作机械臂的软皮肤，又可用作基于压力的机械传感器

3D打印软皮垫

这些软皮肤垫结合了先进的材料和尖端的设计，具有非凡的功能。软皮肤垫采用热塑性聚氨酯材料，使用现成的Raise3D E2 3D打印机开发而成。特点是柔软的外层包裹着中空的填充部分。压缩时，垫内的气压会发生变化，从而可以通过连接的压力传感器检测振动、触摸和压力。

鉴于它简单的制造工艺和经济性，3D打印部件为集成到新兴机器人系统中提供了一个极具吸引力的选择。在部件的维护和清洁带来重大经济或物流挑战的情况下，使用3D打印技术尤其有利。

△柔软的触摸板设计融入了气动设计，在触摸时对触摸板区域进行加压

Kim概述了3D打印如何克服这些障碍，他说：“想象一下，你想使用软皮肤机器人在医院环境中提供帮助。它们需要定期消毒或者需要定期更换皮肤。无论哪种方式，成本都很高。然而，3D打印是一种可扩展性很强的工艺，因此可以以低廉的成本制造出可互换的部件，并能方便地装卸机器人躯体。”

随着人们对更安全、更直观的机器人的需求不断增长，3D打印软皮肤垫为人类患者与机器之间更舒适、更敏感的互动提供了一个引人注目的解决方案。此外，它们的经济性和多功能性使许多用户都能使用，为在各个领域的广泛应用铺平了道路。