柔性触觉传感器研究新进展 赋予机器人敏锐的“触感”

时间:2022-11-17 15:55:01 来源: 化工仪器网



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触觉是人们通过皮肤感知外界环境的一种形式,其主要能够感知来自外界的温度、湿度、压力、震动等,感受物体的形状、大小、材质、软硬程度等。近年来,基于人类触觉为原理的触觉传感器功能已经越来越完善,在物联网和大数据等领域有广泛的应用。  柔性触觉传感器被称为“拥有仿生智能皮肤的机器人”以及“电子皮肤机器人”。相对于传统的传感器而言,它不仅能够检测物体特性,并且还具有感受不同的接触力、冷热度、潮湿度、震动频率等功能。这种触觉传感器通常由压力传感器及应变传感器为主而组成,为了确保与非平整、粗糙和动态的皮肤表面的牢固贴合接触而又不妨碍日常活动,柔性触觉传感器具有低模量、高拉伸性及良好的耐磨性,同时,柔性触觉传感器还具有高灵敏度、轻便、低成本和低功耗的特点。

近年来,智能机器人的应用逐渐广泛,同视觉、听觉一样,触觉也同样是智能机器人感知外部信息的重要手段。触觉传感器就类似于智能机器人的“皮肤”,这种“皮肤”可以提高机器人的工作效率和智能化水平,同时也可以在较为复杂的环境中完成各种精细、高难度的工作。比如,让智能机器人去倒一杯水,对我们而言的接触杯子、开始倒水、判断接水量、接几分满、送到指定位置、放下杯子等等再平常不过的步骤,对于智能机器人而言却是个考验。

虽然触觉传感技术已经有了一定的发展,但还存在着一些问题,例如触觉传感器的新型材料种类不多、在触觉传感器工作原理和技术上没有明显的突破、接收指令并执行操作的灵巧度并不如人意等。并且很多研究成果大都处于实验室阶段,能作为大面积商业化的成果相当少。

厦门大学航空航天学院周伟教授团队长期致力于研究灵敏度更高、类人感知的传感器。他们受节肢动物结构组成的启发,提出构造一种仿生型柔性触觉传感器,这种仿生型柔性触觉传感器可以精确感知外界作用力大小和方向,实现超灵敏高频动态力检测。

柔性的基体加上刚性的微结构,这种类节肢动物“刚柔并济”的结构是利用新材料构建出来的。两年来,他们一直在环氧树脂、石蜡、聚二甲基硅氧烷、硅胶等材料中摸索,反复寻找最佳组合方案,最终摸索出完美融合的“刚柔并济”结构。该项成果为智能机器人“皮肤”提供了全新的工作模式,大大提升了智能机器人“皮肤”的灵敏度。

这种仿生型“刚柔并济”柔性触觉传感器不仅提升了柔性材料的力传递效率,而且颠覆了传统压电式柔性触觉传感器的工作模式,使传感器灵敏度可达到理论极限值的17倍,并具有5−600Hz宽带宽、0.009−4.3N线性检测范围和实时力方向识别的优异性能。

柔性触觉传感器的发展与成熟推动了其在生物医疗、运动检测以及人机交互等领域的应用与发展,从而进一步促进了智能系统的发展。该项成果为压电式触觉传感器的深入研究提供了新方法和新思路,对智能机器人建立类人的触觉感知系统具有重要的理论研究价值和意义。研制出性能优越、易于制作、成本低并且能够大批量生产的柔性触觉传感器必然是今后的发展方向,我们可以期待,触觉传感器将不仅仅适用于智能机器人,也有望在医疗、汽车、可穿戴设备等领域进行运用,为我们带来更多的便利。

(资料参考来源:科技日报)

关键词: 触觉传感器


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