繩驅動連續體機器人（CDCR）是一種(zhǒng)非常重要的軟體機器人，具有結構輕巧、安全和自由度高等特點，能(néng)夠基于其自身的柔性和可拉伸性産生大幅度彎曲、扭轉變形等動作，因此它可以在狹窄和複雜的環境中很好(hǎo)地工作。然而目前CDCR系統中常用的光纖布拉格光栅傳感器模量高，伸長(cháng)率極低，缺乏粘附機制，極大地限制了軟體機器人的運動并容易與機器人分層，這(zhè)使得這(zhè)種(zhǒng)剛性的傳感器不适合集成(chéng)系統。如何設計柔性可黏附傳感器，用于CDCR的自感知及其運動監控仍是一個挑戰。

　　針對(duì)這(zhè)一問題，中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所智能(néng)高分子材料團隊的陳濤研究員、高國(guó)榮副研究員，與精密運動機器人團隊張弛研究員、鄭天江高級工程師等展開(kāi)合作，基于兩(liǎng)個團隊在離子導電凝膠領域（Adv. Mater, 2020, 32, 2004290; Nano Energy, 2021, 90, 106614等）及CDCR領域（IEEE Access, 2019, 11, 174236, Symmetry, 2019, 11, 1158等）的研究基礎，通過(guò)由離子導電聚丙烯酰胺/海藻酸鹽/納米粘土聚合物複合水凝膠制成(chéng)的類皮膚狀水凝膠傳感器實現了CDCR柔性自我感知（圖1）。

　　非共價交聯動态網絡結構的引入使水凝膠具有良好(hǎo)的可拉伸性（1840%）、自粘附性（6.6 kPa粘附強度）以及自修複性能(néng)（圖2）。同時能(néng)夠對(duì)多種(zhǒng)形變（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉）進(jìn)行寬範圍的敏感響應（圖3）。將(jiāng)其作爲類皮膚傳感器粘附在CDCR表面(miàn)，CDCR能(néng)夠獲得感知運動的本體感覺和感知障礙物及陷阱的外感知（圖4）。進(jìn)一步仿人類的感覺系統，構建了用于調節CDCR彎曲的閉環控制系統，能(néng)夠實現構建了“驅動-傳感-反饋”指導後(hòu)繼驅動的閉環控制（圖5）。該研究爲設計可應用于繩索驅動的連續體軟機器人的傳感器和閉環系統建立了有效途徑。

　　該工作以“Cable-Driven Continuum Robot Perception Using Skin-Like Hydrogel Sensors”爲題發(fā)表在Advanced Functional Materials, 2022, 32, 2203241 （https://doi.org/10.1002/adfm.202203241）。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（52073295）、國(guó)家重點研發(fā)計劃（2018YFC0114900）、浙江省自然科學(xué)基金（LD22E050008、LY21E030013）、甯波市科技創新2025重大項目（2018B10057、2020Z022）、甯波市自然科學(xué)基金（202003N4359）、中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點研究計劃（QYZDB-SSW-SLH036）、中德合作國(guó)際交流項目（M-0424）以及王寬誠教育基金（GJTD-2019-13）等項目的支持。

圖1 類皮膚水凝膠傳感器用于繩驅動連續體機器人的感知

圖2 類皮膚水凝膠傳感器的構建、修複與黏附等性能(néng)調控

圖3 類皮膚水凝膠傳感器的感知性能(néng)調控

圖4 繩驅動連續體機器人感知用類皮膚水凝膠傳感器

圖5 繩驅動連續體機器人水凝膠傳感器感知系統的閉環控制

　　（智能(néng)高分子材料團隊 徐振宇、顔慧珍）