在現(xiàn)代機器人技術(shù)中，如何感知和操控柔軟、易碎的物體（如生物組織、易碎食物及柔性電子器件）一直是一個巨大挑戰(zhàn)，F(xiàn)有的基于視覺的觸覺機器人主要集中在剛性物體的感知與操作，但在應(yīng)對柔軟或脆弱物體時，往往難以實現(xiàn)精確判斷與解析。近日，密歇根州立（MSU）林少挺研究團隊在《Advanced Materials》上發(fā)表了一篇題為《Fatigue-Resistant Mechanoresponsive Color-Changing Hydrogels for Vision-Based Tactile Robots》的文章，創(chuàng)新性地利用了具有優(yōu)越抗疲勞特性的力致變色水凝膠，設(shè)計了一種低成本、壽命長的基于視覺的觸覺傳感器。該傳感器能夠?qū)⒔佑|表面的應(yīng)力直接轉(zhuǎn)化為可識別的圖像，從而感知材料硬度、物體形狀、空間位置及施加的壓力。這一突破有望填補機器人觸覺感知與人類觸覺感知之間的根本差距，推動觸覺機器人技術(shù)邁向新高度。密歇根州立大學(xué)林少挺教授為通訊作者，博士生劉佳斌為文章的第一作者。文章的其他作者包括普渡大學(xué)Yu She教授和石溪大學(xué)Wei Li教授。
如圖一所示，抗疲勞力致變色水凝膠（FMCH）由高纏結(jié)的聚合物網(wǎng)絡(luò)和適量的吸濕鹽組成，能夠在偏振光下呈現(xiàn)出可逆、穩(wěn)定且可預(yù)測的顏色變化。FMCH展現(xiàn)出優(yōu)越的機械性能，其拉伸性達到原長的6倍，斷裂韌性高達3,000 J/m2，疲勞閾值可達400 J/m2。更為重要的是，它在多達10,000次的循環(huán)拉伸下，性能穩(wěn)定，并且在應(yīng)變速率范圍為0.02 s?1至0.35 s?1的范圍內(nèi)，力致變色性能始終穩(wěn)定。這種具有優(yōu)越抗疲勞特性且對應(yīng)變率不敏感的力致變色軟材料，非常適合用于需要長期承受動態(tài)負(fù)載的觸覺傳感領(lǐng)域。
圖1. 抗疲勞力致變色水凝膠的分子設(shè)計
圖2. 抗疲勞力致變色水凝膠的分子設(shè)計在觸覺機器人領(lǐng)域的應(yīng)用
軟體機器人領(lǐng)域：這項工作報告了一種全新的基于視覺的觸覺機器人，以填補機器人觸覺感知與人類觸覺感知之間的關(guān)鍵差距。
展望
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202407925
密歇根州立大學(xué)-林少挺課題組-誠招博士/訪問學(xué)者
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