陈根：智能泡沫，高感知、自修复

文/陈根

随着科技的深入发展，智能机器人在思维模式和行为表现上越来越接近人类，这仿佛不足为奇。但如果说机器人拥有像人类一样的“皮肤”，可以感知附近的物体，并在损坏时自我修复，是不是有点新奇。

近日，新加坡国立大学的研究人员发明了一种智能泡沫材料。这种材料被称为“人工神经支配泡沫”或AiFoam。其是一种高弹性聚合物，由含氟聚合物与降低表面张力的化合物混合而成。该材料可让机器人皮肤模拟人类触觉，并在破损时完成自我修复。

受人类体感神经支配结构启发，研究人员在开发智能泡沫时提出了一种新结构，该结构使用三维金属线电极作为“神经”，嵌入到低模量的自愈泡沫中。所以与其他基于泡沫的传感器相比，该泡沫材料仅有600kpa的低模量，并且具有弹性，可为接触力传感器提供恢复力。

智能泡沫虽然功能很强大，但制作起来难度也不小。首先需要将含氟表面活性剂 (Zonyl FS-300) 放在 70°C 的烘箱中干燥，将两克聚（偏二氟乙烯）-共六氟丙烯（PVDF-HFP）（3M）溶解在丙酮中并搅拌至少4小时，然后向溶液中加入1.7ml含氟表面活性剂并搅拌24小时。

之后，需要将46微升1,3-二氨基丙烷 (DAP) 滴加到搅拌溶液中。在反应30分钟后，将μNi微粒添加到溶液中，并使用SpeedMixer (FlackTek)在2500rpm下将溶液混合2.5分钟。

然后需要把混合物浇铸到2.5×5×0.2cm 的玻璃模具（宽×长×高）中，将材料置于加热板上，在 70°C 下加热 30 分钟，通过蒸发丙酮来自发泡。为了交联聚合物，将材料还需加热至 120 °C 并保持 30 分钟。通过加热搅拌再加热的复杂程序，智能泡沫才能够完成。

此外，为了复制人类的触觉，研究人员在这种材料中注入了微小的金属颗粒，并在泡沫表面下方添加了微小的电极。当施加压力时，金属颗粒会在聚合物基体中靠拢，从而改变它们的电性能。这些变化可以通过计算机的电极检测到，然后发出指令告诉机器人该做什么。

AiFoam通过模拟人类的触觉实现了对周围环境的高感知，而材料特有的自我修复特性以及对接触力的敏感性，将使机器人能更好地判断人类的想法。未来，使用该材料研发的新一代的机器人，将有可能对环境变化做出更快速、更有效的反应。