用于机器人和假肢的石墨烯太阳能合成皮肤

来自可弯曲电子和传感技术小组的教授及其同事最初的突破是为石墨烯制作的假手开发了一种触敏覆盖物。寻找一种为这种电子皮肤他们希望利用石墨烯卓越的物理特性来利用太阳能为电子皮肤提供动力。利用太阳光线为合成皮肤提供动力的新方法可以帮助创造出能够使截肢者恢复触觉的高级假肢。这项工程由工程和物理科学研究委员会资助，将发电光伏电池集成到能能量自主，柔性和透明触觉电子皮肤上。石墨烯是一种高度柔韧的透明导电石墨形式，尽管只有一个原子厚度，但它比钢更坚固，更具导电性和透明性。石墨烯的光学透明度，允许大约98％的光线照射到其表面直接通过它，这使其成为从太阳收集能量以发电的理想选择。使用人体的电字与机器皮肤不同，人体皮肤是一个非常复杂的系统，能够通过一系列神经传感器检测压力，温度和纹理，神经传感器将信号从皮肤传递到大脑。

“我们已经在创造假肢原型方面做出了重要的步骤，这些原型整合了合成皮肤并且能够进行非常敏感的压力测量，”该项目教授说。“这些测量意味着假肢手能够执行具有挑战性的任务，如正确夹持软材料，而且我们还使用了创新的3D打印策略来构建更实惠的。这些的敏感皮肤的假肢，可以创照出更好抱护人类安全机器人。比如在建筑工地工作或生产线上工作的机器人如果在某个人意外地进入了他们的运动区域在受伤发生前及时停止了，那么它就不太可能意外伤害到人类。“自2017年3月发布他们对太阳能利用的原始研究以来，该团队取得了重大突破。当时，他们还无法储存皮肤光伏电池产生的多余能量。

现在该团队已经推出了他们的完全灵活的合成皮肤原型。它包括一个集成在柔性太阳能电池上的柔性石墨烯触摸感应层。这使它有可能实现先进假肢所需的详细运动。新的皮肤每平方厘米只需要20纳瓦的功率，即使市场上现有的最差质量的光伏电池也很容易满足。他们的研究现在已经发展到可以将多余的能量存储在皮肤内的柔性超薄高性能超级电容器中。这不仅改善了机器人和假肢中皮肤的有效使用，这一进步为其他技术开辟了新的可能性。任何需要灵活，轻量，超薄能量存储解决方案的创新都可以利用这种技术，例如无人机或可穿戴技术。

该团队说，下一步是进一步发展支持这项研究的发电技术，并用它来驱动假肢手本身的电机。乃至创造出一个完全能量自主的假肢，目前已经朝着这个方向取得了一些令人鼓舞的进展，我们期待很快就能提出这些结果。我们也在探索建立这些令人兴奋的结果的可能性，以开发可负担医疗保健的可穿戴系统。