尽管机器人技术已经改变甚至重新定义了许多工业部门，但在医疗和老年护理等领域，机器和人类之间仍然存在差距。为了使机器人能够安全地操纵或与脆弱的物体和生物互动，需要新的策略来提高它们的感知能力，同时使它们的部件变得更柔软。事实上，建立一个安全和灵巧的机器人夹持器与人类一样的能力是目前机器人学最重要的目标之一。
在机器人软爪设计中的一个主要挑战是将传统的传感器集成到机器人的手指上。理想情况下，一个柔软的夹持器应该有一种被称为本体感觉的感觉，一种能够安全地执行各种任务的运动和位置感。然而，传统的传感器是刚性的，并且损害了软部件的机械特性。此外，现有的软夹持器通常设计有一种单一的本体感觉：压力或手指弯曲。
为了克服这些局限性，日本立命馆大学的科学家们在谢梦英副教授的领导下，一直致力于设计新颖的软夹持器。在他们发表在Nano Energy上的最新研究中，他们成功地利用多材料三维打印技术，制造出带有内置本体感觉传感器的柔性机器人手指。他们的设计策略提供了许多优势，代表着向更安全、更具能力的软机器人迈进了一大步。
软手指有一个加强充气室，使其弯曲在一个高度可控的方式根据输入的空气压力。此外，手指的硬度也可以通过在单独的腔室中产生真空来调节。这是通过一种叫做真空干扰的机制来实现的，通过吸走多层可弯曲材料层之间的空气，使其变得坚硬。这两种功能结合在一起，使三指机械手能够正确抓取并保持对任何物体的抓握，确保施加必要的力。
然而，最值得注意的是，真空干扰层中包含了一个压电层作为传感器。压电效应在材料受压时产生电压差。科学家们利用这种现象作为机器人手指的传感机制，提供了一种简单的方法来感知手指的曲率和初始刚度（在真空调整之前）。他们通过在干扰层之间加入微结构层来改善压电材料上的压力分布，进一步提高了手指的灵敏度。
多材料三维打印是一种简单而快速的原型制作过程，它的使用使研究人员能够轻松地将传感和刚度调节机制集成到机器人手指本身的设计中。”谢教授说：“我们的工作提出了一种设计传感器的方法，这种传感器不仅可以作为机器人应用的传感元件，而且可以作为活性功能材料，在不影响系统动态行为的前提下，更好地控制整个系统。”。他们设计的另一个显著特点是，传感器由压电效应自行供电，这意味着它不需要低功耗应用所必需的能量供应。
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总的来说，这项令人兴奋的新研究将有助于未来的研究人员找到新的方法来改善软夹持器与被操纵物体的相互作用和感觉。反过来，这将极大地扩大机器人的用途，正如谢教授所指出的：“自供电的内置传感器不仅可以让机器人安全地与人类及其环境进行互动，还可以消除目前依靠动力传感器监测状况的机器人应用的障碍。”
让我们希望这项技术得到进一步的发展，以便我们的机械朋友们能很快加入到更多的人类活动中来。
