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npj フレキシブル エレクトロニクス 第 6 巻、記事番号: 94 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

柔らかいロボットハンドは、ロボットがさまざまな物体を安全かつ優しく掴めるようにすることで、人間とロボットの相互作用を促進します。 しかし、適切な検知システムの欠如により、その性能が妨げられてきました。 ソフトロボットハンドと統合された、柔軟で伸縮性のあるマルチモーダルセンサーネットワークを紹介します。 フレキシブルな金属化フィルム上の有線センサーの設計は、UV レーザーによる金属アブレーションとプラスチック切断の両方を同時に使用して、センサー電極と伸縮可能な導電ワイヤーを切り紙パターンで単一のネットワークに作成する製造アプローチを通じて具体化されました。 各外部刺激に対するインピーダンス変化を測定することで相互接続とセンサーを評価し、ネットワークの拡張によって実質的に影響を受けないことを示しました。 センサーシートを柔らかいロボットグリッパーに巻き付けて、食品を扱うための温かいブリトーや医療用途のための温かい赤ちゃん人形など、いくつかのインタラクションシナリオをデモンストレーションしました。

近年、ソフトロボティクスの分野では目覚ましい進歩が見られます。 特に、柔らかいロボットハンドは、従来の剛体ロボット工学にとって永遠の課題である、複雑な形状、壊れやすい、または変形可能な物体をつかみ、さらには操作することが実証されています1、2。 これらの機能に基づいて、それらは産業、人間の相互作用、および医療アプリケーションの有望なソリューションとして浮上しています3、4、5。 その可能性と最近の進歩にもかかわらず、大多数のロボットはフィードバック制御のためのセンシングが不足しているため、依然としてそのような手で器用な活動を実行できません6、7、8。 したがって、ソフトロボットハンド用のセンサーの開発は依然として重要なステップです。

皮膚センシングを備えた柔らかいロボットハンドを模倣し、人間とロボットの相互作用を促進するために、多くのソリューションが提案されています9、10、11、12、13、14、15、16。 ただし、多くの場合、ソフト ロボット センサーは主にロボット自体の状態の検出 (曲げ角度や内部圧力の検出など) に関係します。 小さい数字 17、18、19、20、21 は、ロボットと物体または表面の間の相互作用に関する情報を皮膚センシングで提供します。 関連する研究として、研究者らは人間の皮膚に取り付けるための伸縮性センサーを開発しました22、23、24、25、26、27。 しかし、これらのほとんどは、掴んだ物体への近接やその表面の温度などの接触現象をセンシングすることを目的としたものではありません。

従来のセンサーをソフトロボットや義肢に統合すると、機械的特性の点で不一致が生じます。 従来のセンサーのほとんどは硬いですが、柔らかいロボットの表面は伸縮する必要があり、湾曲しています。 したがって、センサーとネットワークには、センサー信号に不要なひずみの影響を与えることなく、柔らかい表面に適合して移動できる、伸縮性と柔軟性のあるフォームファクターが必要です。 ソフト センシング ネットワークの最近の進歩にも関わらず、製造のコストと複雑さ、さまざまなアプリケーションに合わせてカスタマイズする必要性、センサーと処理の統合など、依然として課題が残っています。 これらの要件に加えて、食品の取り扱いや人間とのやり取りなどのアプリケーションでは、汚染を避けるために簡単に交換できる (理想的には使い捨ての) センサーの必要性が加わります。

これらの問題に対処するために、ここで報告するセンサー ネットワークの設計とデモンストレーションは、製造と統合の複雑さが低く、使い捨てに必要なコストと交換の容易さを両立させています。 この研究では、ソフト ロボットや義肢用途でのこのような問題に対処する、伸縮可能なマルチセンシング アレイの製造に UV レーザー製造技術を利用する方法を示します。 UV レーザー製造によって製造されたセンサー 28、29、30 や導電性ワイヤ 31、32、33 などのセンシング ネットワーク コンポーネントの要素は報告されていますが、この論文では、ここで報告されているマルチモーダル センサー ネットワークの設計を示します。 、伸縮可能な切り紙ネットワーク上の複数の柔軟なセンサーとワイヤーの束の組み合わせが含まれます。 これにより、50 × 50 mm2 のセンサー ネットワーク上に複数のセンサーとワイヤーを、金属化プラスチック フィルムのコスト 0.005 ドル (USD) で 3 分で製造できます。 ビームパラメータ（出力、周波数、デューティサイクル、速度）を変化させることにより、フレキシブル導電性フィルムの各金属層とプラスチック層に異なる形状をパターン化しました。 カットパターンを引き伸ばして市販のさまざまな形状のソフトロボットの表面に巻き付けることで、簡単に一体化を実現できます。 パターンの寸法を変更することで、ダイナミック レンジ、空間解像度、センシング要素が異なるさまざまなアプリケーションに合わせてパターンをスケーリングしたり、カスタマイズしたりできます。 例として、食品製造業界向けの 30 × 50 mm ソフト グリッパーの内面に 3 つの温度センサーと 6 つの近接センサーをデモンストレーションします。