科學家們展示了一種創(chuàng)新方法 -- 無需使用專用觸摸傳感器的觸摸和近距離感應功能的電子皮膚

復制人類的觸摸感是很復雜的——電子皮膚需要柔軟、有彈性、且對溫度、壓力和質(zhì)地敏感；它們需要能夠讀取生物數(shù)據(jù)并提供電子讀數(shù)。因此，如何為電子皮膚供電以連續(xù)實時使用是一個很大的挑戰(zhàn)。

為了解決這個問題，格拉斯哥大學的研究人員開發(fā)了一種由微型太陽能電池制成的無需專用觸摸傳感器的電能發(fā)電電子皮膚。太陽能電池不僅產(chǎn)生自己的能量而且還為觸摸和接近感應提供觸覺功能。他們發(fā)現(xiàn)的早期觀點論文發(fā)表在IEEE Transactions on Robotics上。

當暴露在光源下時，s-skin上的太陽能電池產(chǎn)生能量。如果被附近的物體遮擋，光的強度以及因此產(chǎn)生的能量會降低，當機械臂與物體接觸并確認觸摸時，其強度會降低至零。在這樣的模式下，光強度會告訴您對象相對于單元的距離。格拉斯哥大學James Watt工程學院可彎曲電子和傳感技術（Bendable Electronics and Sensing Technologies，BEST）小組的Ravinder Dahiy說：“你可以實時比較光強度……校準后找出距離。”研究小組使用紅外線LED和太陽能電池進行近距離感應，以獲得更好的效果。

為了證明其概念，研究人員將3D打印的通用機械手包裹在太陽能皮膚上，然后記錄下來與環(huán)境互動的數(shù)據(jù)。概念驗證測試顯示，機械臂手掌的能量盈余為383.3 mW。他們在論文中報告說：“如果eSkin遍布全身，則可以產(chǎn)生超過100W以上的功率。”

Dahiya說：“如果你看看自主的、電池驅(qū)動的機器人，那么要消耗大量能量的電子皮膚，這是一個大問題，因為這樣會導致操作時間縮短。另一方面，如果你有一個能產(chǎn)生能量的皮膚，那么……因為你可以在手術過程中繼續(xù)充電，所以它可以縮短手術時間。”他說，本質(zhì)上，他們把如何將皮膚的大面積電能轉(zhuǎn)化為一種能源的挑戰(zhàn)變成了機遇。

除了在機器人領域的明顯應用外，Dahiya還設想了BEST創(chuàng)新型電子皮膚的眾多應用，因為它具有材料集成傳感能力。例如，在假肢領域：“我們使用太陽能電池本身作為觸摸傳感器……我們也使它比其他電子皮膚體積更小。”他補充說，這將有助于制造重量和尺寸最佳的假肢，從而使假肢使用者更容易使用。“如果你看一下電子皮膚研究，真正的行動是在它接觸之后開始的……太陽能皮膚是一個進步，因為它會在物體接近時開始工作……并且有更多的時間準備行動。”這可以有效地減少大腦-計算機接口中經(jīng)常出現(xiàn)的時間延遲。

自動化領域也有可能，特別是電動和交互式車輛。一輛覆蓋著太陽能電子皮膚的汽車，由于其近距離感應能力，能夠“看到”接近的障礙物或人。Dahiya澄清說，這不是生物學意義上的“看”，而是從機器的角度來看。它可以與其他對象集成，而不僅僅是汽車，可用于各種用途。“手勢也可以識別…這可以用于基于手勢的控制……在游戲或其他領域。”

在實驗室里，測試是用一個650 lux的白光源進行的，但是Dahiya覺得如果他們可以使用多個不同的光源，那么這些光源是很有意思的。“我們正在探索不同的人工智能技術，”他說，“以一種創(chuàng)新的方式處理數(shù)據(jù)，這樣我們就能識別光源和物體的方向。”

BEST團隊的成就讓我們更接近一種既能觸摸又能“看”的靈活、自我供電、經(jīng)濟高效的電子皮膚，然而，目前仍存在一些挑戰(zhàn)。其中之一就是靈活性。在他們的原型中，他們使用了由非晶硅制成的商業(yè)太陽能電池，每一塊尺寸為1厘米x 1厘米。Dahiya說：“它們不是柔性的，但它們集成在一個柔性基板上。我們目前正在探索基于納米線的太陽能電池……我們希望利用它在能源和傳感功能方面取得良好的性能。”另一個缺點是Dahiya所說的“集成挑戰(zhàn)”——如何使太陽能電池皮與不同的材料協(xié)同工作。

原文標題：有光就可以 太陽能電子皮膚能自行發(fā)電

文章出處：【微信公眾號：IEEE電氣電子工程師學會】歡迎添加關注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

責任編輯：haq