中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)
China Electronic Components Association
近日，中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院陳嘉民研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種柔性磁敏觸覺(jué)傳感器，這種傳感器模仿了人類(lèi)皮膚毛發(fā)的結(jié)構(gòu)，能夠精確地感知接觸力，在機(jī)器人物體識(shí)別和滑動(dòng)檢測(cè)方面表現(xiàn)出色，開(kāi)啟了智能機(jī)器人感知世界的新篇章。
圖1 人類(lèi)皮膚上的毛發(fā)、傳感器的結(jié)構(gòu)圖和傳感器在機(jī)器人機(jī)械手上的應(yīng)用
這款傳感器的設(shè)計(jì)獨(dú)特，由上至下分別是仿生磁性纖毛陣列、柔性聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜，以及底層集成磁傳感器陣列的柔性電路板（FPC）。當(dāng)有外力觸碰磁性纖毛，纖毛周?chē)拇艌?chǎng)會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)高靈敏的磁傳感器，就能計(jì)算出力的大小和方向。其超高的0.2 mN分辨率，穩(wěn)定的0至19.5 mN工作范圍以及毫秒級(jí)的響應(yīng)時(shí)間，讓這款傳感器不僅能測(cè)量靜態(tài)力，還能精準(zhǔn)捕捉動(dòng)態(tài)變化。
圖2 傳感器的制作工藝、不同磁粉含量的纖毛性能表征和傳感器電路設(shè)計(jì)
圖3 傳感器的各項(xiàng)性能測(cè)試結(jié)果
當(dāng)這種傳感器被集成到機(jī)器人的機(jī)械手中，就像給機(jī)器人增加了“觸覺(jué)”。它們能通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法識(shí)別抓取的物體類(lèi)型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，其在物體識(shí)別方面的準(zhǔn)確率高達(dá)97%，能夠區(qū)分物體的形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，甚至是否具有磁性。這使得機(jī)器人在執(zhí)行更復(fù)雜的任務(wù)時(shí)，能擁有更加細(xì)膩和全面的觸感反饋。
圖4 傳感器在機(jī)器人機(jī)械手上的滑動(dòng)檢測(cè)和物體識(shí)別應(yīng)用
這項(xiàng)成果不僅是仿生學(xué)與磁傳感技術(shù)的巧妙結(jié)合，更是智能機(jī)器人領(lǐng)域的新探索。它將極大地提升機(jī)器人在醫(yī)療援助、工業(yè)生產(chǎn)、家庭服務(wù)等多個(gè)場(chǎng)景中的適應(yīng)性和智能化水平。
相關(guān)成果以“Magnetic Tactile Sensor with Bionic Hair Array for Sliding Sensing and Object Recognition”為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊《Advanced Science》上，中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院博士研究生滿(mǎn)建東為論文第一作者，中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院研究員陳嘉民為論文通訊作者。該項(xiàng)工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然基金、北京市自然科學(xué)基金會(huì)等項(xiàng)目的大力支持。
