太阳能电子皮肤，用光来模仿人类的触摸

　　格拉斯哥太阳能皮肤带来极致的轻盈触感

　　格拉斯哥大学的研究人员创造了一种新型的太阳能电子皮肤，该皮肤使用光来模仿人类的触摸。而且包裹在柔软的太阳能皮肤中的机器人手能够在不使用专用且昂贵的触摸传感器的情况下与物体进行交互。

　　该技术在IEEE Transactions on Robotics上发表，论文中描述，该技术不仅使用微型太阳能电池为机器人手中的执行器供电，而且还可以通过测量物体接近并减少可用光时电池输出的变化来使其具有“触摸”的感觉。 。通过测量每个单元中产生的功率水平，电子皮肤可以检测到传入物体的形状。

　　此外，太阳能电池之间的简单LED会从接近的物体反射红外线，以评估距离。两种形式的光测量结合使用，可以为皮肤提供触摸感，从而可以增强假肢和机器人技术，而无需嵌入式触摸传感器。在实验室测试期间，它使团队的机械手能够抓住放在其前面的物体，例如橡皮球。

　　“触敏电子皮肤近年来在假肢和机器人技术中发现了许多实验应用，但我们的项目是首个无需使用专用触摸传感器即可提供触摸反馈的能产生能量的电子皮肤，” Ravinder Dahiya教授说。格拉斯哥詹姆斯·瓦特工程学院的可弯曲电子与传感技术(BEST)组。

　　1、太阳能eSkin系统的设计和运行概述

　　子系统：1)电源管理;2)传感;和3)驱动。这个传感子系统由小型太阳能分布式阵列组成。电池和红外(IR)发光二极管(LED)集成在软以及柔韧的PDMS基板，最终放置在手掌中一个3D打印机器人手(图1)。设计细节

　　三维印刷机械手的制作可以在我们的以前的出版物。PDMS薄膜(0.5mm厚)为通过三个阶段制备：1)硅橡胶和固化剂(Sigma-Aldrich);2)脱气;和3)固化。

　　在固化前，PV电池作为基质嵌入PDMS层。通过获取、组合和处理每一个小型化的太阳能电池，都有可能获得边缘信息检测、形状评估、接触定位和接近检测。

　　为此，开发的eSkin有两种感知模式：1)阴影或黑暗感应模式;和2)接近感应模式。两者兼而有之案例中，一个专用的电路仪器是在集成在机器人手腕上的电路板，作为太阳能的读出装置单元格数组。采用串行通信接口进行发送。对运行计算机的实时测量，自定义开发的应用程序，其中进行了进一步的处理数据可视化之前

　　柔性太阳能eSkin及其主要部件概述。集成在三维印刷机械手上。方框图显示了这三个子系统：感应(阴影和接近模式)、电源管理和启动。

　　“缺少传感器意味着皮肤不需要传统的电源即可工作，这与其他包括触摸传感器的等效设备不同。实际上，皮肤本身就是能量的来源，能够为手和与其相连的设备供电。所产生的电能可以存储在我们开发的能够与皮肤并用的柔性超级电容器等设备中，因此不必为了工作而一直暴露在阳光下。”

　　据Dahiya教授说，有一天，电子皮肤可以自我感觉到假肢完全嵌入四肢和手指本身的能力。该团队还使用与汽车行业相似的工业机器人进行了实验，同时考虑了潜在的协作机器人和安全应用。

　　2、传感模式

　　(1)阴影感应模式。(a) 负极(c)。三个例子接触定位，边缘检测和三维形状评估不同的物体接近。中间的图形显示了每种情况下与目标感测有关的主要单元的输出电压，而三维曲面图则显示了物体重建形状的评估。(d) 将蒙皮附着到曲面上的模拟场景。

　　(2)接近感应模式。(a) 接近感应模式工作原理。(b) 以及(c)在接近感测表征期间来自太阳能eSkin的信号的数据流。(d) 校准曲线：电压作为接近物体和皮肤之间距离的函数。

　　原理框图。示意图显示了所开发系统的主要模块：作为分布式太阳能电池阵列的太阳能蒙皮驱动和读出电子设备;电源管理子系统;以及数字处理和通信接口。

　　Dahiya说：“与包裹在由相对便宜的组件制成的柔性皮肤中的完全自供电假肢相比，这只迈出了一步。” “内置在皮肤中的感应功能甚至可以使皮肤'看到'-进一步完善可以帮助皮肤甚至在接触物体之前就识别它们。

　　“我们还尝试过将手添加到机械臂的末端，类似于在汽车制造设施中发现的手。皮肤的传感器能够在感应到意外物体时停止手臂的运动，我们认为这有助于防止将来发生工业事故。”

　　总结：

　　在本文中，太阳能电池的功能是超越了他们最初的目的，发展出一种新颖的范式，为灵活，舒适，能源过剩的太阳能eSkin集成变成一只机械手，赋予它对HRI的反应能力应用。未来的工作将探索太阳能eSkin的延伸感知机器人身体的其他部位手臂还是胸部。在这种情况下，拟议的系统将是有助于提高人-机器人共存的安全性以及用于在手部或其他部位的执行机构的连续操作机器人。