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柔性觸覺傳感器研究新進展 賦予機器人敏銳的“觸感”
2022年11月17日 10:35:37
來源：化工儀器網 作者：羊舌木 點擊量：5692
近年來，智能機器人的應用逐漸廣泛，同視覺、聽覺一樣，觸覺也同樣是智能機器人感知外部信息的重要手段。
【化工儀器網 行業百態】觸覺是人們通過皮膚感知外界環境的一種形式，其主要能夠感知來自外界的溫度、濕度、壓力、震動等，感受物體的形狀、大小、材質、軟硬程度等。近年來，基于人類觸覺為原理的觸覺傳感器功能已經越來越完善，在物聯網和大數據等領域有廣泛的應用。
柔性觸覺傳感器被稱為“擁有仿生智能皮膚的機器人”以及“電子皮膚機器人”。相對于傳統的傳感器而言，它不僅能夠檢測物體特性，并且還具有感受不同的接觸力、冷熱度、潮濕度、震動頻率等功能。這種觸覺傳感器通常由壓力傳感器及應變傳感器為主而組成，為了確保與非平整、粗糙和動態的皮膚表面的牢固貼合接觸而又不妨礙日常活動，柔性觸覺傳感器具有低模量、高拉伸性及良好的耐磨性，同時，柔性觸覺傳感器還具有高靈敏度、輕便、低成本和低功耗的特點。
近年來，智能機器人的應用逐漸廣泛，同視覺、聽覺一樣，觸覺也同樣是智能機器人感知外部信息的重要手段。觸覺傳感器就類似于智能機器人的“皮膚”，這種“皮膚”可以提高機器人的工作效率和智能化水平，同時也可以在較為復雜的環境中完成各種精細、高難度的工作。比如，讓智能機器人去倒一杯水，對我們而言的接觸杯子、開始倒水、判斷接水量、接幾分滿、送到指定位置、放下杯子等等再平常不過的步驟，對于智能機器人而言卻是個考驗。
雖然觸覺傳感技術已經有了一定的發展，但還存在著一些問題，例如觸覺傳感器的新型材料種類不多、在觸覺傳感器工作原理和技術上沒有明顯的突破、接收指令并執行操作的靈巧度并不如人意等。并且很多研究成果大都處于實驗室階段，能作為大面積商業化的成果相當少。
廈門大學航空航天學院周偉教授團隊長期致力于研究靈敏度更高、類人感知的傳感器。他們受節肢動物結構組成的啟發，提出構造一種仿生型柔性觸覺傳感器，這種仿生型柔性觸覺傳感器可以精確感知外界作用力大小和方向，實現超靈敏高頻動態力檢測。
柔性的基體加上剛性的微結構，這種類節肢動物“剛柔并濟”的結構是利用新材料構建出來的。兩年來，他們一直在環氧樹脂、石蠟、聚二甲基硅氧烷、硅膠等材料中摸索，反復尋找最佳組合方案，最終摸索出完美融合的“剛柔并濟”結構。該項成果為智能機器人“皮膚”提供了全新的工作模式，大大提升了智能機器人“皮膚”的靈敏度。
這種仿生型“剛柔并濟”柔性觸覺傳感器不僅提升了柔性材料的力傳遞效率，而且顛覆了傳統壓電式柔性觸覺傳感器的工作模式，使傳感器靈敏度可達到理論極限值的17倍，并具有5−600Hz寬帶寬、0.009−4.3N線性檢測范圍和實時力方向識別的優異性能。
柔性觸覺傳感器的發展與成熟推動了其在生物醫療、運動檢測以及人機交互等領域的應用與發展，從而進一步促進了智能系統的發展。該項成果為壓電式觸覺傳感器的深入研究提供了新方法和新思路，對智能機器人建立類人的觸覺感知系統具有重要的理論研究價值和意義。研制出性能優越、易于制作、成本低并且能夠大批量生產的柔性觸覺傳感器必然是今后的發展方向，我們可以期待，觸覺傳感器將不僅僅適用于智能機器人，也有望在醫療、汽車、可穿戴設備等領域進行運用，為我們帶來更多的便利。
(資料參考來源：科技日報)
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