This work introduces Ori-Sense, a compliant capacitive sensor inspired by the inverted Kresling origami pattern. The device translates torsional deformation into measurable capacitance changes, enabling proprioceptive feedback for soft robotic systems. Using dissolvable-core molding, we fabricated a monolithic silicone structure with embedded conductive TPU electrodes, forming an integrated soft capacitor. Mechanical characterization revealed low stiffness and minimal impedance, with torque values below 0.01 N mm for axial displacements between -15 mm and 15 mm, and up to 0.03 N mm at 30 degrees twist under compression. Finite-element simulations confirmed localized stresses along fold lines and validated the measured torque-rotation response. Electrical tests showed consistent capacitance modulation up to 30%, directly correlated with the twist angle, and maximal sensitivity of S_theta ~ 0.0067 pF/deg at 5 mm of axial deformation.


翻译:本研究介绍了Ori-Sense——一种受倒置Kresling折纸结构启发的柔性电容传感器。该装置将扭转形变转化为可测量的电容变化,从而为软体机器人系统提供本体感知反馈。通过可溶芯模塑工艺,我们制造出具有嵌入式导电TPU电极的单体硅胶结构,形成集成的软体电容器。力学特性表征显示其具有低刚度和最小阻抗:在-15 mm至15 mm的轴向位移范围内扭矩值低于0.01 N·mm,压缩状态下30度扭转时扭矩最高达0.03 N·mm。有限元模拟证实了沿折叠线的局部应力分布,并验证了实测的扭矩-旋转响应关系。电学测试表明其电容调制率最高可达30%,与扭转角度直接相关,在5 mm轴向变形时获得最大灵敏度S_θ ~ 0.0067 pF/deg。

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软体机器人是一种新型柔软机器人,能够适应各种非结构化环境,与人类的交互也更安全。机器人本体利用柔软材料制作,一般认为是杨氏模量低于人类肌肉的材料;区别于传统机器人电机驱动,软体机器人的驱动方式主要取决于所使用的智能材料;一般有介电弹性体(DE)、离子聚合物金属复合材料(IPMC)、形状记忆合金(SMA)、形状记忆聚合物(SMP)等等,从响应的物理量暂时分为如下几类:电场、压力、磁场、化学反应、光、温度。科学家依此设计了各种各样的软体机器人,大多数软体机器人的设计是模仿自然界各种生物,如蚯蚓、章鱼、水母等。
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