lol下注_3D打印人造皮肤:让机器人拥有真实的触感

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近几十年来,模拟人体皮肤远程感觉功能和强剪切性能的柔性电子设备层出不穷。这种被称为“人工皮肤”的设备可以感知温度、压力、变形、振动和生物标志物,并将其转换为可分析的电信号,从而为医疗保健、可穿戴设备和软机器人带来新的机遇。复旦大学教授吴在《材料地平线》上发表了一篇利用3D打印技术制作的人工皮肤。通过水凝胶的非道德体积热力学将外界刺激转化为电信号,增强了水凝胶仿生皮肤的传感功能,为人工皮肤的研究提供了一种非常有潜力的方法。

图1。由网状水凝胶材料和聚乙烯材料组成的人工皮肤。由于“电子皮肤”无法超越人工皮肤材料对低模量、低机械适应性和透光性的排斥,科学家们明确提出了“离子皮肤”的概念:采用具有生物相容性和离子导电性的水凝胶作为人工皮肤材料。

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离子皮肤在生理和机械性能上比电子皮肤更类似于人的皮肤,但其传感性能仍有缺陷。吴教授团队使用的-C18水凝胶具有愈合能力、曲面顺应性和对压力的高度敏感性。他们利用3D打印机技术将这种材料制成网格结构的离子导电层,并在两层水凝胶中加入聚乙烯薄膜制成的绝缘层,形成电容器(如图1所示),改善了离子皮肤产生的电信号。

在打印过程中,水凝胶材料在桶中冷却,在45下保持1小时以上,然后用直径0.41 mm的平头针以6 mm/s的速度吸在10的打印机平台上,测试表明,网格结构的水凝胶和固体结构的水凝胶在流变性能上没有差异,这将改变人工皮肤的延展性。图2。

3D打印机生产的亚毫米网格结构的水凝胶网格结构起到了缩放皮肤形态变化的作用,增强了人工皮肤对应力和变形的感知能力。图3比较了网格结构和固体结构水凝胶材料在不同性刺激下产生的电信号。

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在高于1kPa的范围内,网格结构水凝胶的信号灵敏度是固体结构水凝胶的5倍。与其他文献相比,无微结构PDMS的灵敏度与这种网格结构相当。

当温度高于27时,两种结构产生的信号几乎相同,而当温度低于27时,网格结构的信号随着温度逐渐降低,甚至超过固体结构的6倍。两个实验都证明了三维打印机的网格结构大大提高了离子皮肤传感的灵敏度。

图3。网格结构和固体结构水凝胶在不同条件下产生信号的比较为了进一步论证这种人工皮肤的感觉肢体运动能力,作者还在手指关节上使用水凝胶来检测关节的倾斜度。这个实验不仅再次证明了网格结构的水凝胶可以产生更高的电信号,也证明了手指倾斜时产生的电信号可以在手掌后面完全恢复,具有共轭重复测试的能力。综上所述,本研究利用3D打印机技术制作具有网格结构的水凝胶,并通过将其制作成电容结构,明确提出了保持离子皮肤材料特性和提高传感能力的方法,为未来的嵌入式和柔性机器人研究丰富了手段。

图4。人工皮肤对肢体运动的感知本文利用赛诺菲公司开发的生物3D打印工作站Bio-ArchitectWS,开发了一种用于含微结构水凝胶材料的打印机。

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Bio-ArchitectWS可以构建不同轴(X/Y轴1m,Z轴1m)的高精度三维打印机,因此有必要出色地构建本文的亚毫米级打印机任务。多种可选的打印机喷头需要根据不同的打印机材料进行控温,控温范围覆盖-25-260的区域,以保证打印机材料能够以合适的相态展开,从而降低本文所列高分子水凝胶等材料的吸盘可玩性。
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