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3D打印助力人造皮肤研究 让机器人拥有真实的触感

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[来源:]    [作者]    [日期:2019-09-24 00:21]    [热度:]

过去几十年内,模拟人体皮肤宽量程感官功能和强拉伸性能的柔性电子器件层出不穷。这类被称为“人造皮肤”的器件可以感知温度、压力、应力、震动和生物标记物并将其转化为可量化的电信号,为医疗保健、可穿戴设备和软体机器人等领域提供了新的机遇。


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由于“电子皮肤”无法达到人造皮肤材料低模量、高机械适应性、透光性等要求,科学家们提出了“离子皮肤”的概念:使用同时具有生物相容性和离子导电性的水银河网站ga凝胶作为人造皮肤的材料。



武教授的团队使用的PDMA-C18水凝胶具有自愈的能力、对曲面的顺应性以及对压力的高敏感度。



在打印过程中,水凝胶材料先在料筒中被加热并保持在45℃达一小时以上,随后通过一根0.41毫米直径的平头针头以6mm/s的速度挤出在10℃的打印平台上。测试证明网格结构的水凝胶与实心结构的水凝胶没有流变性能的差异,不会改变人造皮肤的延展性。 3D打印助力人造皮肤研究 让机器人拥有真实的触感

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图2. 由3D打印制造的带有亚毫米级别网格结构的水凝胶材料



图3对比了具有网格结构的水凝胶材料和实心结构水凝胶材料在不同刺激下产生的电信号。



并且和其他文献相比,仅有含微结构的PDMS材料的灵敏度可以与这种网格结构相媲美。



这两项实验均证明了3D打印的网格结构大幅提升了离子皮肤的传感灵敏度。 3D打印助力人造皮肤研究 让机器人拥有真实的触感

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为了进一步展现这种人造皮肤感知肢体运动的能力,作者还将水凝胶固定在手指关节上以检测关节的弯曲。这项实验不仅再次证明了网格结构的水凝胶能产生更高的电信号,还证明了在手指弯曲过程中产生的电信号可以在手指伸直后完全恢复,具有可逆的重复测试的能力。


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图4. 人造皮肤对肢体动作的感知



多种可供选择的打印喷头能够针对不同打印材料进行温度控制,温控范围覆盖-25℃-260℃,确保打印材料以最合适的相态进行打印,降低如文中所列举的高分子水凝胶等材料的挤出难度。



强大的软件功能为您自由规划打印路径,随意设计和调整需要打印的微结构。 3D打印助力人造皮肤研究 让机器人拥有真实的触感

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