星期二2011年3月8日,美国《大众科学》报道,研究人员已经设计出一种方法,可以利用气凝胶(aerogel)赋予机器人一种温柔、敏感的触觉。
机器人可以解决一些难题,协助手术,甚至暂时替代护理人员,但是,要请一个人处理一些土豆片,不要弄碎它们,那人类仍然胜出一筹。机器人的手还不够灵敏。有一种新材料被称为“冷冻烟雾”( frozen smoke),可用作皮肤,这是它们需要的,可用于更轻的触摸。(参看:《世界最轻固体材料“冷冻烟雾”诞生》)
“这是一个很轻的碳纳米材料,”翟雷(Lei Zhai)说,他是中佛罗里达大学(University of Central Florida)助理化学教授,正在领导这种材料的开发。翟雷和他的团队创造了这种气凝胶,办法把一些碳纳米管融在一起,他们采用了一种新颖的方式。参看:《可拉伸太阳能电池薄膜制备自发电皮肤》
碳纳米管有很多优势:它们很强硬,导电,并具有较大的表面积。但它们的高深宽比(high aspect ratio)意味着它们自然会形成束。翟雷把它们比喻为捆绑的筷子。“为了使用它们,你必须将它们分开。”
中佛罗里达大学的方法是分离碳纳米管,同时保留其有用的特性。由此产生的“冷冻烟雾”气凝胶是柔性的,具有导电性,这就使它成为一种理想的传感器。据翟雷说,这种材料的敏感度足以发现到1帕斯卡(0.000010197162公斤力/平方厘米)的压力。他说,他设想使用这种敏感的压力,进行机器人手术。
目前,非常小的机器人手可以握住工具,伸到病人体内,切除组织,翟雷解释说。然而,要控制切割深度和切割难度,就很困难。
“现在,所有的压力感应装置,都是可以感受非常重或大的压力,这样,它们就不能进行微妙或复杂的手术,”他说。这一种薄膜状的气凝胶用于机器人手,可作为一种皮肤。
该材料具有很大的表面积,有弹性,低密度,高导电,这也使它引人注目,可以进行能源储存。科学家们认为,它可能会带来更有效的电池和超级电容器。翟雷的团队最近发表了一篇文章,讨论了气凝胶,就刊登在美国化学学会(ACS)《纳米》(Nano)杂志上。
翟雷说,他和他的同事们目前正在寻找行业合作伙伴。他补充说,他们正在研究,参与的专家来自该大学纳米科学技术中心,他们正在研究的,是机器人用于帮助病人做些事,如打开一瓶水。
克里斯?李(Chris Li)是德雷克塞尔大学(Drexel University)材料科学与工程副教授,他专门研究纳米管组装结构。他说,翟雷的材料有一种优雅的设计。
“纳米管也用于各种类型的生物传感。您可以设想这种材料,用作一种智能支架(smart scaffold),”他这样谈气凝胶。“我希望,通过使用更小的碳纳米管,它们可以推成更大的表面积,进行更多的感测应用。这个概念很新颖。”
翟雷表示,这种材料的应用已经超越手术机器人、化学检测和能源存储。“你看过电影《碟中谍》(Mission Impossible)吗?”他问。提到这令人难以置信的反应性系列传感器,主角肯定会施展伎俩,渗透进中央情报局总部,他说:“这很像是那种情形。”
“冻烟”赋予机器人轻软触感
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