客观日本

三井化学的“超肉感”凝胶新材料让机器人的掌声以假乱真

2020年10月07日 机械/机器人

聚氨酯凝胶是聚氨酯材料家族中的一员,其受到关注是因为其独特的触感犹如人体的皮肤。由于部分凝胶还具有透气性、良好的尺寸稳定性等特点,因而被广泛应用在与人体接触的场合。譬如枕头、床垫、座椅等等。质地均匀的聚氨酯凝胶产品可以透光,具有装饰作用,可以用在家居装饰,艺术创作等场合。

在业界普遍注重实用性的时代,三井化学却别出心裁地要用机器人重现人们拍手时的声音。为了实现这一目标,三井化学将目光盯向聚氨酯凝胶,开发了一种新的弹性体材料,应用于“拜拜世界”株式会社开发的娱乐机器人“Big Clappy 2020”。

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图片出处:三井化学官网

Big Clappy是一个吸引顾客的机器人,其手掌设置在头部上方。以前的机型,塑料手拍出来的声音总是有种啪嚓啪嚓的噪声,与真正的人的手掌所拍出来的声音有差异。在手的形状和大小不能轻易改变的情况下,拍手的声音是否与人手的硬度有关呢?但是,实验结果表明,简单地再现与人手相同的硬度是不够的, 必须考虑人手拍手时的声学特性。由于人手的掌声是一种清脆的声音,从低频到高频率是均匀的,并且持续时间短。而现有的机器人手臂所发出的声音频率低,保持时间长。如果能够通过改进材料来重现这种声学特性,就能够找到一种接近真正的掌声的材料。

“Big Clappy 2020”的手就是通过改变凝胶材料的分子结构,制作出硬度和反弹性不同的新的聚氨酯凝胶材料的弹性体材料。此外,通过声学测试比较时间与频率特征的分析结果,从而再现适合于人拍手声音的宽频带。

三井化学的实验结果证明,在设计聚氨酯类凝胶材料时,作为控制对象的物性主要有3种,即“硬度”、“粘性”、与“弹性”。通常,“硬度”与“粘性”成反比,“粘性”与“弹性”处于权衡关系。也就是说,当硬度降低时,粘度增加并且弹性减弱。基于这样的原理,在实际的聚氨酯凝胶材料的开发过程中,用于低弹性床垫和枕头的材料增加了粘度,而座椅材料等则增加了弹性,首先决定哪个更强是一种思考的方式,再探索与之的平衡。

近年来,为了使机器人更接近人类,对由柔软材料制成的机器人部件的需求变得越来越明显。三井化学的凝胶新材料是以该公司的分子设计技术为基础,经过10多年的发展,开发出来可自由控制接近人体皮肤的物理特性的技术。

“拜拜世界”的社长认为,今后兼具柔软和有力特性的机器人产品一定会撼动人们的心灵。

“Big Clappy 2020”的手是三井化学将聚氨酯凝胶新材料和金属一体成型制造出来的。这种凝胶新材料也被用于眼科手术练习模拟器的眼球模型,并将其应用于各种产品,如需要接近人体皮肤的柔软触感的服务机器人和医疗领域。

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图片出处:三井化学官网

供稿:戴维
编辑修改:JST客观日本编辑部

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