מבוא

מערכות רובוטיות רכות הופיעו כמעמד של מכונות, תוך מינוף חומרים תואמים ועיוותים להשגת רמות חסרות תקדים של הסתגלות, בטיחות וריקנות.בניגוד לרובוטים נוקשים, רובוטים רכים יכולים לתקשר בבטחה עם בני אדם, לנווט חללים מוגבלים, ולתפעל אובייקטים עדינים ללא נזק.בלב היכולת הזו הוא הצורך ברגישויות מתמשך שיכול להתאים את הגמישות של הרובוטים, האינטגרציה הגופנית הרכה, המתפשטת של חיישנים, המתפשטים, המתפשטים, המתפשטים, המתפשטים, המשתנים בצורה יעילה, וגמישות של הגוף, היא באמת.

התפקיד של חיישנים רכים ב Soft Robotics

חיישנים רכים אינם רק גרסאות ממיניות של עמיתיהם הנוקשה; הם מייצגים שינוי פרדיגמה כיצד חשיש מוטבע לתוך מכונה. רובוט רך המסתמך רק על חזון חיצוני או קודרים נאבקים ללכוד את עיוותים וכוחות מגע שנובעים את האינטראקציה שלה עם הסביבה. חיישנים רכים לטפל פער זה על ידי מתן משוב רובוטי ישירות, רב-ממדי מהמבנה הפנימי של הרובוטים.

מריגיד ל-Comliant Sensing

חיישנים רובוטיים - מדלאים, תאי עומס ויחידות מדידה לא רצויות - הם בדרך כלל נוקשים וגלויים. כאשר משובצים במריצה רכות, הם יוצרים ריכוזים מתחים המפרקים את הדיוק של החיישן ואת תאימות הרובוט. חיישנים רכים, מצד שני, הם מונדסים באמצעות elastomers, פולימרים מוליכים, ומכות נוזליות כי מתפרעים עם הרובוט שלהם.

מאפיינים מרכזיים של חיישנים רכים

חיישנים קלים יעילים מציגים מספר תכונות קריטיות: מתח גבוה (לעתים קרובות מעל 100%), היסטריה נמוכה, זמני תגובה מהירים, ואת היכולת לעמוד מחזורי עיוות חוזרים חוזרים.הם חייבים גם להיות תואמים עם טכניקות ייצור כגון עובש, הדפסה 3D, או ליהוק. יציבות חשמלית תחת עיוות גדול הוא אתגר נוסף, כמו שבילים התנהגותיים יכולים לשבור או לחוות התנגדות לאחרונה התקדמות בננו-חומרים והתנהגויות מתוחכמות יותר, יש שיפור משמעותי יותר, שיפור משמעותי של חיישנים אלה.

סוגים של חיישנים רכים ועקרונות ההפעלה שלהם

מגוון רחב של מנגנוני ניכוי הותאמו ליצירת חיישנים רכים.כל סוג מציע יתרונות נפרדים ומסחריים בהתאם לדרישות היישום עבור רגישות, מתח, לינאריות, וקלות הייצור.

חיישנים Piezoelectric

חיישני רך Piezoelectric לייצר מטען חשמלי כאשר חומרים מכנית deformed. חומרים כגון polyvinylidene fluoride (PVDF) ואת copolymers שלה משמשים בדרך כלל טופס פילים דקים.חיישנים אלה מצטיינים לזהות אירועים דינמיים -vibrations, השפעות, שינויים בלחץ מהיר - אבל הם פחות מתאימים עומסים סטטיים או לאט משתנה בגלל טעינה.

חיישן Capacitive

חיישנים רכים רגישים מודדים שינויים ב- capacitance הנגרמת על ידי וריאציות בהפרדה אלקטרודה, אזור, או תכונות דיאלקטריות תחת עיוות. עיצוב טיפוסי מורכב משתי שכבות מתוחות מתוחות מופרדות על ידי אלטרם דיאלקטרי.חיישנים אלה הם מאוד ליניארי, כוח נמוך, ומסוגלים לרגיש גם כוחות סטטיים ודינמיים.הם משמשים נרחבים למיפוי, מתח גדול, ורגיש, כמו גם לרגישים, כמו גם לרגישים, כמו גם לרגישים, כמו גם ללחות סביבתית, כמו גם כוחות יציבים, אך הם בעלי רגישות, כמו גם כוחות יציבים.

חיישן אחריות

חיישנים רכים עמידים מסתמכים על שינויים בהתנגדות חשמלית כאשר החיישן מתוח, דחוס או מעוות. גישות נפוצות כוללות ערבוב ממלאי התנהגות - צינורות פחמן, ננווטים כסף, או גרפן - במריצה פולימרנית מתוחה.כפי שעיוותים החומריים, רשת הממלא משנה את ההצבעות שלה, מה שגורם לשינוי התנגדותי, לעתים קרובות, לחיישנים קלים, אך הם בעלי יכולת מעקב, כגון, כגון, גמישות גבוהה, אך הם לעתים קרובות, כגון, גמישות, אך הם, הם בעלי יכולת מעקב, כגון מסלולים לא סדירה, אך הם לעתים קרובות, כגון, כי הם בעלי יכולת מדידה גבוהה, אך הם בעלי יכולת מעקב, הם לעתים קרובות, כמו גם מתחועת טמפרטורה גבוהה, גמישה, הם משפיעים, הם לעתים קרובות, אך הם נוטים להיות מסוגלים לעקוב אחר עלויות גבוהה, כימות, אבל הם לעתים קרובות, כימות, כימות, הם, כימות, גמישה, אך הם לעתים קרובות, גמישה, כמו עלות, כי הם לעתים קרובות, כי הם לעתים קרובות, כימות גבוהה, כמו עלות, כי הם משפיעים עלות גבוהה, כמו עלות גבוהה, כמו עלות גבוהה, כי הם, כי הם לעתים קרובות, כי הם משתנים נטייה יעילה, כי

חיישנים אופטיים

חיישנים קלים אופטיים משתמשים בהפצת אור באמצעות מודרכת גל או סיבים אופטיים משובצים באסטריטסטומר. Deformation גורמת לשינויים בעוצמת האור, אורכי גל, או שלב בשל התכה, מתיחה או לחץ.חיישנים אלה מציעים חסינות להפרעות אלקטרומגנטיות, רגישות גבוהה, ואת הפוטנציאל עבור מספר נקודות תצפית לאורך גל יחיד.

שינוי חושי

מעבר לארבע קטגוריות עיקריות, החוקרים בוחנים חיישנים רכים מגנטיים המזהים שינויים בתחום המגנטי כמו עיוותי החיישן, כמו גם חיישניים תלת-סגוליים המייצרים מתח מחשמל מגע.כל אחד מהמודולליות החדשה מנסה להתגבר על מגבלות ספציפיות – כגון הצורך בכוח חיצוני או רגישות ללחות – ולהרחיב את יכולות החישה של רובוטים רכים.

אתגרים ופתרונות

חיישנים רכים במערכת רובוטית מציגים שורה של אתגרים הנדסיים המשתרעים מעבר לחומר החיישן עצמו.אינטגרציה מוצלחת דורשת תשומת לב זהירה להיבטים מכניים, חשמליים ואלגוריתמיים.

תאימות חומרית

חומר החיישן חייב להתחבר באופן אמין עם elastomers מבני של הרובוט.הבדלים בנוקשות, מתחודד, והתרחבות תרמית יכולים להוביל לדיכאון או ריכוזי מתח במהלך עיוות חוזר.חוקרים לעתים קרובות להשתמש זהה או כימי דומה פולימרים בסיס עבור חיישן ואת גוף הרובוט, או להשתמש טיפולים על פני השטח כדי לשפר את הדבקות.

המונחים: noise

אותות חיישן רך הם לעתים קרובות חלשים רגישים לרעש מהתערבות אלקטרומגנטית, רטטים מכניים ותנודות טמפרטורה. קישורים מתמתחים וחיפוש הם עצמם נוטים לשינויים התנגדות שיכולים לאחד את קריאת החיישן. Solutions כוללים על אדמנטציה לוחית המרה וההמרות האנלוגית-ל-to-דיגיטלית באמצעות אלקטרוניקה גמישה, כמו גם טכניקות מדידה שונות כדי לבטל רעש משותף-מו-מחדש.

קלבריה ודפוסי

חיישנים רכים לעתים קרובות להפגין התנהגות לא ליניארית, היסטריה, וסחף לאורך זמן בשל רגיעה חומרית או שינויים סביבתיים.לייברציה חייבים לקחת בחשבון את המגוון המלא של עיוות וטמפרטורות תנאי הרובוט ייפגשו.טכניקות למידה מכונה, כגון רשתות עצביות מאוישות על נתונים גדולים, יכול מודל תגובות חיישן מורכבות לפצות על סחף בזמן אמת.

כוח ועברת נתונים

הפעלת חוטים לחיישנים רכים יכולה ליצור נקודות נוקשות המביסות את מטרת הרכה.ל.ק.ל.ק.ק. אנרגיה אלחוטית ועברת נתונים באמצעות אנטנה מתוחה או תקשורת כמעט שדה הן חלופות מבטיחות.חוקרים הוכיחו חיישנים רכים אלחוטיים לחלוטין, ללא סוללה המנצלים את הכוח מתחומים רדיו- ⁇ או מהתנועה של הרובוט עצמו.

זמן אמיתי לקניית שליטה ולמידה

משוב בזמן אמת מחיישנים רכים אינו רק על איסוף נתונים; הוא מאפשר שליטה סגורה-לופית שמתאימה לפעולות הרובוט בהתבסס על המצב המיידי וסביבתה.לאת משוב זו חיונית למשימות כגון לכידת חפצים שבריריים, הליכה על פני שטח לא אחיד, או ביצוע תמרונים כירורגיים עדינים.

אסטרטגיות אבטחה סגורות

בקרים בעלי פרופורציה מסורתית (PID) יכולים להיות מותאמים עבור רובוטים רכים באמצעות משוב חיישן, אבל הדינמיקה הלא ליניארית והזמן של מבנים רכים לעתים קרובות דורשים גישות מתוחכמות יותר.מודל בקרה חיזוי (MPC) המשלב מודל מבוסס פיזיקה של עיוות הרובוט יכול לצפות מצבים עתידיים ואופטימיזציה של תפקוד במצב בקרה וטכניקות בקרה מוצקות גם כן, כמו כן, שימוש יעיל של בקרה על ידי שימוש ב-Sleepi-intual controltative Data.

גישה ל-Data-Driven

למידת מכונה מציעה אלטרנטיבה עוצמתית למודל מפורש.רשתות ניליות יכולות ללמוד את המיפוי ממקריות חיישן למצב הרובוט ישירות מהנתונים הניסוייים.לדוגמה, רשת עצבית חוזרת יכולה להעריך את התנוחה של זרוע רצף רך מחיישנים מהופנטים, המאפשרת שליטה במיקום מדויק ללא מודל מתמטי. Reinforcement Learning כבר הוחל גם על רובוטים רכים אשר לומדים אסטרטגיות מ- tactile.

יישומים של Soft Sensor-Integrated Systems

ההתכנסות של חיישנים רכים משוב בזמן אמת איפשרה מגוון רחב של יישומים בתעשיות, מייצור ועד בריאות למחקר.

גריפים רכים וממניפולטורים

קולטנים רכים המצוידים בלחץ משולב וחיישנים מתוחים יכולים לתפוס בעדינות חפצים של צורות שונות ונוקשות ללא ידע קודם. משוב החיישן מאפשר לתופס להתאים את כוח האחיזה שלו באופן דינמי, למנוע נזק לפריטים שבריריים כמו דגימות פרי או מעבדה. באוטומציה של מחסנים וטיפול במזון, מאחזים כאלה להפחית את הפסולת ולהגדיל את דרך הזיהוי בזמן אמת באמצעות חיישנים קלים, המאפשרים לגרוף ליפול לאובייקטיבי, לפני יכולת חיישנים מורכבים/מסובייקטטיבית/כוח נוקשה/להיגמלוכה.

מכשירים גמישים

חליפות רכות וגפיים הרדמה נהנים מאוד מחיישנים מוטמעים. סטרין על פני התביעה לזהות את הזווית המשותפת של הלובש ופעילות השרירים, בעוד חיישנים לחץ על הנוחות של הממשק והתאמה. משוב זה מניע כוחות מסייעות הסתגלות אשר מגבירים את התנועה האנושית באופן טבעי, סינכרוני יותר.

תרופות וסוריות

רובוטים רכים משמשים יותר ויותר בניתוח פולשני מינימלי, שבו הם יכולים לנווט דרך מסלולים הולכי הרגל של הגוף ללא רקמות מזיקה.חיישנים רכים לספק המנתח משוב גלקטי ביחס נוקשות רקמות, כוחות מגע ועיוות כלי. מידע זה חיוני לביצוע הליכים עדינים כגון ניתוח קצהנובה או ביופסים אנדוסקופיים. כמה קבוצות מחקר הם לפתח קלת עם לחץ משולב וחיישנים תחושה כי בתוך זמן הדם, יכולות אבטחה אמיתית בתוך זמן אמת.

כיוונים עתידיים

תחום אינטגרציה חיישן רך מתקדם במהירות, מונע על ידי חידושים במדעי החומרים, אלקטרוניקה ואינטליגנציה מלאכותית. כמה כיוונים מבטיחים סביר לעצב את הדור הבא של מערכות רובוטיות רכות.עצמיות שיכול לתקן חתכים ודמעות באופן אוטונומי ישפר באופן דרמטי את עמידותו ולהפחית את התחזוקה של חיישנים זמני אנרגיה-או-אוטומטיים המקצרים של תנועה מכנית או חום גוף, יסלקים את הסוללות או חוטים, כך שיעזרו לחיישנים עצביים, כלומר, באמצעות חיישנים עצביים, תוך שימוש באופן ישיר, תוך כדי חיישנים מורכבים, תוך כדי חיישנים מורכבים, תוך כדי חיישנים מהירים, כלומר, תוך כדי חיישנים מהירים, תוך כדי חיישנים מהירים, תוך כדי חיישנים מהירים, באמצעות חיישנים מהירים, כלומר, כלומר, כלומר, עם אבטחה, עם אבטחה, עם אבטחה, תוך כדי חיישנים מהירים, עם חיישנים מהירים, עם אבטחה, תוך כדי כך, תוך כדי כך, עם אבטחה, תוך שימוש באופן ישיר, תוך כדי חיישנים מהירים, עם אבטחה, עם אבטחה אופטימסוגלידי אבטחה אופטית, עם חיישנים מהירים, תוך שימוש באופן ישיר, אשר מפעילים באופן ישיר, עם חיישנים מהירים, אשר מפעילים באופן ישיר, תוך כדי שינוי טבעי, עם חיישנים מהירים,

מסקנה

השילוב של חיישנים רכים עבור משוב בזמן אמת הוא אבן הפינה של הרובוטיקה המודרנית.על ידי הטמעת אלמנטים רגישים ישירות למבנה הרובוט, מהנדסים יכולים להשיג רמות של שליטה, בטיחות, הסתגלות שהיו בעבר בלתי ניתנים להשגה. למרות אתגרים הקשורים עמידות, עיבוד אותות, תאימות חומרית להישאר התקדמות מהירה באלקטרוניקה גמישה ולמידה היא מתן פתרונות מעשיים עם עולם גמיש, כמו גם השפעה עצמית, הופכת להיות יעילה יותר, יעיל יותר, כמו גם עם מערכות אבטחה מתקדמות יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, כמו גם עם אבטחה, יעיל יותר, כמו גם עם אבטחה מתקדמת יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, כמו גם עם אבטחה, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, כמו גם עם אבטחה, כמו גם עם אבטחה, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, כמו גם עם אבטחה, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, כמו גם עם מערכות אבטחה, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, כמו גם עם אבטחה,

לקריאה נוספת, מתייחס לסקירות מקיף על טכנולוגיות חיישן רכות (ראו:0) , 000 אלקטרוניקה גמישה אלקטרוניקהFLT:1), מאמצי מחקר במעבדות מובילות כגון FLT:2Harvard Soft Robotics FLT 3, והתפתחויות האחרונות בFLT:4Frontiers in Robotics ו- AIFreave:5:5