突破性的软阀门技术实现了软机器人的传感和控制集成

对于需要固有安全性和适应性的应用领域来说，软体充气机器人已成为一种前景广阔的范例。然而，在不影响其柔软性、外形尺寸或功能的前提下，将传感和控制系统集成到这些机器人中提出了巨大挑战。针对这一障碍，由金智云教授（UNIST 新材料工程系）和裴俊文教授（UNIST 机械工程系）共同领导的研究团队开发出了突破性的 "软阀门 "技术--一种在保持完全柔软的同时集成传感器和控制阀的一体化解决方案。

传统上，柔软的机器人身体与刚性电子元件共存，以达到感知目的。该研究团队开展的研究引入了一种新方法来克服这一限制，即创建无需电力即可运行的传感器和控制阀的软模拟件。由此产生的管状部件具有双重功能：检测外部刺激和仅利用气压精确控制驱动运动。由于不需要依赖电力的部件，这些全软阀门可以在水下或可能产生火花的环境中安全运行，同时减轻机器人系统的重量负担。此外，每个部件的价格也不贵，约为 800 美元。

"金教授解释说："以前的软体机器人具有柔性机身，但在刺激检测传感器和驱动控制单元方面依赖于坚硬的电子部件。"我们的研究重点是利用软材料制作传感器和驱动控制部件。

研究团队展示了这项突破性技术的各种应用。他们制作的通用钳子能够巧妙地夹起薯片等易碎物品，防止传统的刚性机械手用力过猛而导致破损。此外，他们还成功地利用这些全软部件开发出了可穿戴式肘部辅助机器人，旨在减轻重复性工作或涉及手臂运动的剧烈活动所造成的肌肉负担。肘部支撑可根据个人手臂弯曲的角度自动调节--这一突破使佩戴机器人时施加在肘部的力量平均减少了 63%。

软阀门的工作原理是利用管状结构内的气流。当对管子的一端施加拉力时，管子内部螺旋缠绕的螺纹会压缩管子，从而控制空气的流入和流出。这种类似手风琴的运动可以在不依靠电力的情况下实现精确灵活的运动。

此外，研究小组还证实，通过对管内不同结构或数量的螺纹进行编程，他们可以精确地控制气流变化。这种可编程性实现了定制调整，以适应特定情况和要求--即使在管端施加一致外力的情况下，也能灵活地驱动装置响应。

"这些新开发的组件只需使用材料编程即可轻松使用，无需电子装置，"裴教授对这一发展表示兴奋。"这一突破将极大地推动各种可穿戴系统的发展。"

这项开创性的软阀门技术标志着向能够自主操作的全软、无电子设备机器人迈出了重要一步，这对于提高众多行业的安全性和适应性来说是一个重要的里程碑。

这项工作得到了韩国国家研究基金会（NRF）、韩国材料科学研究院（KIMS）和韩国产业技术研究院（KEIT）等多家机构的支持。