由电化学反应驱动的传感器，用于软机器人中的操作流体泵

由电化学反应驱动的传感器，用于软机器人中的操作流体泵

用于流体自感应驱动的电化学双传感器

[导读]：

基于化学反应的电化学双传感器 (ECDT) 是一种用于自感应驱动的新型流体机器。最近，结合传感器增强了带有流体机器（如泵或压缩机）的软机器人的多功能性。然而，传统的流体系统具有诸如重量大、噪音大、膨胀和复杂性等限制。通过探索电流体动力 (EHD) 泵来感知工作流体流动的可能性，提出了一种新的 ECDT优点是体积小、重量轻、制作工艺简单、感应范围可扩展、灵敏度高。还演示了一个由 ECDT 驱动的吸盘，它可以检测、保持和释放物体。

机器人这个词可能会让人联想到不易受到攻击的坚硬金属物体的冰冷形象。然而，在现代日常生活中，几乎不需要机器人来防御敌人的攻击。相反，他们需要执行更平凡的任务，例如处理形状复杂的物体和与人类互动。然而，传统机器人在这些看似简单的任务上表现不佳。此外，它们很重，而且经常很吵。这就是“软”机器人占据上风的地方。

由称为弹性体的材料（具有高粘度和弹性的材料）制成，软机器人可以更好地吸收冲击，可以更好地适应环境，并且与传统机器人相比更安全。这允许广泛的应用，包括医学和手术、操作和可穿戴技术。然而，这些软机器人中的许多都依赖于流体系统，这些系统仍然使用由机械部件（电机和轴承）操作的泵。结果，它们仍然沉重而嘈杂。

解决这个问题的一种方法是使用化学反应来驱动泵。但是，尽管此类系统绝对轻巧且安静，但它们的性能不如传统泵。有没有办法打破这种权衡？事实证明，答案是肯定的。由前田信吾教授领导的日本芝浦工业大学 (SIT) 的一组研究人员介绍了一种利用电化学反应驱动泵的电流体动力 (EHD) 泵。EHD 泵具有由化学反应驱动的泵的所有优点，并且没有任何问题。

在最近的一项研究中，包括 Maeda 教授、Yu Kawajima、Yuhei Yamada 博士（均来自 SIT 工程科学与力学系）和 Hiroki Shigemune 副教授（SIT 电气工程系）在内的团队已经去了一个更进一步，设计一种自感应 EHD 泵，该泵使用电化学双传感器 (ECDT) 来感应流体流动，进而激活电化学反应并增加电流。

“近来，自感应技术在软体机器人的小型化方面备受关注。在软体机器人中加入传感器增强了它们的多功能性，但往往会导致复杂的布线和臃肿。自感应驱动技术可以帮助解决这个问题，并使软体机器人小型化。 ”前田教授解释说。该论文于 2022 年 1 月 19 日发表在ACS Applied Materials & Interfaces杂志上。

该团队基于他们之前设计的 EHD 泵进行 ECDT 设计。该泵由对称排列的平面电极组成，只需改变电压即可轻松控制流动方向。此外，由于两侧的电场强度相同，该布置能够实现无障碍流动，并且在每个方向上的流动量相同。

(a) 开发的 ECDT 具有对称结构，通道中有 20 对平面电极。(b) 由两个电极层和一个流道层组成的 ECDT 的材料和尺寸。它结构简单，体积小。流动通道填充有介电液体。(c) 用于创建 ECDT 的数字制造过程 1-6。不需要特殊设备。

(a) ECDT 驱动的吸盘实验系统。ECDT 连接到吸盘，水箱固定在直线电机上，直线电机垂直移动。(b) 明胶和 (c) 被抽吸并固定的玻璃板的照片。(d) ECDT 驱动吸盘检测、吸附和释放一块西葫芦的顺序：(A) 感应待机状态，(B) 感应状态，(C) 吸力状态，(D) 保持状态，和(五)释放状态。(e, f) 由 ECDT 驱动的吸盘装置施加电压和感应电流的时间变化。对象是 (e) 一块西葫芦和 (f) 明胶。

“ECDT 的优势在于它的制造不需要任何特殊设备或复杂的加工工艺。此外，它体积小、重量轻，并且具有广泛的灵敏度，”Maeda 教授说。