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内容概览
现有技术缺点：
目前嵌入软机器人的计算方法大多基于刚性元件，或使用低密度的柔性逻辑门和材料响应计算，难以在软机器人应用中实现高性能。 刚性电子元件难以与软体机器人的可拉伸性需求相适配，通常只能放置在低应变区域。
可拉伸导电材料虽有较高的应变能力，但在与刚性集成电路（IC）连接时存在兼容性问题，且易受应变影响导致电阻变化。
文章亮点：
作者提出了一种通用的端到端方法，可将双层电路（如Arduino）转换为柔性可拉伸的版本，适用于软机器人和可穿戴设备。
通过改进导电材料和基材界面，开发出具备抑制应变响应、循环稳定性和稳健IC接口的可拉伸导体，实现了超过300%应变的可拉伸Arduino。
作者成功制造了可拉伸的Arduino Pro Mini、SparkFun传感器等，展示了该方法在各种商业电路中的广泛适用性。
应用场景：
软机器人：柔性可拉伸电路可嵌入软机器人体内，实现高应变下的嵌入式计算，使机器人在动态环境中具备更强的适应性。
可穿戴电子设备：具有高拉伸性的电路可以更好地贴合人体，提供更舒适的佩戴体验，适用于智能服装、健康监测等领域。
开源设计：柔性可拉伸的电路设计与现有开源社区兼容，为设计师和研究人员提供了更多的开发和创新空间。
总结：
文章名称：Stretchable Arduinos embedded in soft robots
期刊：Science Robotics
文章DOI：10.1126/scirobotics.adn6844
通讯作者：美国耶鲁大学Rebecca Kramer-Bottiglio
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图文简介
图1. 将复杂商业电路板转化为可拉伸形式的端到端方法。该方法由双相导体和增粘硅树脂实现，可在使用过程中将电路集成到功能齐全的可穿戴设备和软机器人中。
可扩展、可拉伸且具有抑制应变响应特性的导体& 制定导体-基板兼容性指南
图2. OGaIn特性及基材兼容性。(A) 五个OGaIn样品的归一化电阻变化与应变的关系。(B) OGaIn导线在150%应变下拉伸1000个循环的代表性电阻与循环次数的关系。(C) OGaIn导线与0欧姆电阻在150%应变下拉伸1000个循环的代表性电阻与循环次数的关系。(D) OGaIn粘附性与ASTM D6195-22对各种可拉伸基材的粘附性测量。误差条表示五次试验均值的一个标准差。
将复杂电路转化为可拉伸形态
在识别出合适的可拉伸导体并概括其与柔软、可拉伸基材的兼容性之后，作者开发了一种将现有复杂电路板设计转化为可拉伸电路的方法。
图3. 电路制造。（A）Autodesk Eagle 中的原始开源 Arduino Pro Mini 文件。（B）修改后的电路设计，准备进行激光切割。（C）夹在贴纸之间的电路基板。（D）使用 CO2 激光在贴纸上激光切割电路板轮廓和 VIA。（E）使用 UV 激光切割电路走线的顶层。（F）使用 UV 激光切割电路走线的底层。（G）涂上底部走线并用 OGaIn 填充 VIA。（H）移除底部掩模并测试走线导电性。（I）用所选材料封装。（J）用 OGaIn 涂上顶部走线并移除掩模。测试走线导电性。（K）放置组件和电线。（L）封装顶部。在微处理器周围添加 Sil-Poxy。
图4. 电路特性表征。该图中的所有电路均采用VHB胶带作为基底。(A) 电路原理图，顶部和底部导线分别用红色和青色表示，通孔用黑色表示。(B) 识别关键电路组件和材料。由于VHB胶带具有半透明性，可以观察到顶部和底部互连层。此外，通孔在互连层的不同位置为圆点。比例尺，5 mm。插图中的导线宽度为0.25 mm。(C) 在材料测试系统（Instron 3345）上进行应变测试前的电路图像，以及在404%应变下即将断开连接前的图像。比例尺，18.8 mm。(D) 每个样本在应变至断开连接时的力与应变曲线，并标注每个样本断开连接发生的时刻。(E) 每个样本在电路反复应变至100%时发生断开连接的循环次数。(F) 比较纯VHB胶带（电路基底材料）和电路在1、10和200个循环下的循环行为。实线为图例中所示应变循环次数后的五个样本的平均值。阴影区域表示一个标准差。
图5. 额外电路。(A) Arduino Lilypad在0%应变下的刚性和柔性形式，以及在415%应变下的柔性形式。比例尺，7 mm。(B) SparkFun声音传感器在0%应变下的刚性和柔性形式，以及在258%应变下的柔性形式。比例尺，9 mm。(C) SparkFun RGB和手势传感器在0%应变下的刚性和柔性形式，以及在442%应变下的柔性形式。比例尺，9 mm。
嵌入软计算机的软机器人
图6. 嵌入式计算在软系统中的应用。(A) 硅胶电路嵌入在硅胶（DS10）机器人中，在其迈步前和迈步中，电路经历约100%的应变。(B) 以VHB作为基底的电路与DS10机器人在完全充气状态下以及在行走过程中不同时间的配合。比例尺，8 mm。(C) 由嵌入式Arduino驱动的四足机器人示意图。(D) 可伸缩 Arduinos 用于双机器人系统中的接触感应。(E) 机器人充气前后（迈步前和迈步中）的俯视图。比例尺，8 mm。(F) 机器人初始姿态及其接触后的状态。比例尺，10 mm。(G) 可伸缩 Arduinos 与智能服装中的传感电路集成，可感应用户的肘部弯曲动作。(H) 连续图像显示用户弯曲肘部的过程，以及Arduino通过仪表检测到的运动。比例尺，7 mm。
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文献来源
Stephanie J. Woodman et al.,Stretchable Arduinos embedded in soft robots.Sci.Robot.9,eadn6844(2024).DOI:10.1126/scirobotics.adn6844
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