日本开发出了无需外部电源也能感知人或物的接触的人工皮肤

东京工业大学准教授土方亘开发出了无需外部电源也能感知人或物的接触的人工皮肤。这款人工皮肤采用树脂材料,在保持柔软性的同时,成功提高了感知的灵敏度。有望作为采用柔软材料等、覆盖“软体机器人”表面的材料等加以利用。力争2年后推向实用化。

在日本的养老和护理一线,劳动力的减少正成为问题。在此背景下,代替人类从事工作的机器人的开发正在推进。由于设想在确保安全性的同时与人类合作,因此机器人的表面有必要采用柔软且能感知接触、起传感器作用的人工皮肤。

关于以往用于感知接触的人工皮肤,有的利用了将外力变为电流的压电元件以及电极间静电容量的变化。压电元件采用陶瓷材料,在柔软性等方面存在课题。此外,静电容量型在感知接触时需要外部电源,成为薄膜化等的障碍。

此次开发的人工皮肤利用了用氟树脂制造的“驻极体(Electret)”。驻极体看上去呈橡胶状,对这种材料施加高电压,可在约200摄氏度时形成膜。能在内部保持电荷,半永久地产生电场。

土方准教授等人制作了在电极材料之间按层堆叠驻极体和硅的结构。将负电荷存在驻极体里,正电荷被诱导至电极。只要给表面电极加压,硅就会变形,电极和驻极体间的距离发生改变,电极的正电荷移动,产生电流。通过接触被加压后,产生电流,从而获得感知。

新开发的人工皮肤为厚度约50微米(1微米相当于千分之一毫米)、长宽各10厘米的正方形型。土方准教授等人为了做到不仅能感知接触、还能感知接触的位置,设计了利用四个角测定电压的方式。根据加压的位置,各位置的电压产生差异,可根据其比率锁定接触部位。

在确认发电原理的试验中,确认具有压电元件的约560倍的发电量。即使是轻轻触碰,也能以高灵敏度感知。

今后将着眼于防止反复接触和弯曲导致的老化等,进一步提高可靠性。

开发的人工皮肤有望用于在狭小空间运行的传感器的电源。例如在护齿(Mouthguard)中放入传感器、通过唾液测定血糖值的装置的开发正在推进。该装置此前以电池驱动,但在口中难以使用。预计可实现将开发的人工皮肤贴在牙齿上、利用咬合动作向传感器传输电流等的使用方法。

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