中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近日，中國科學(xué)院空天信息創(chuàng )新研究院陳嘉民研究團隊開(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)的結構，能夠精確地感知接觸力，在機器人物體識別和滑動(dòng)檢測方面表現出色，開(kāi)啟了智能機器人感知世界的新篇章。
圖1 人類(lèi)皮膚上的毛發(fā)、傳感器的結構圖和傳感器在機器人機械手上的應用
這款傳感器的設計獨特，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，就能計算出力的大小和方向。其超高的0.2 mN分辨率，穩定的0至19.5 mN工作范圍以及毫秒級的響應時(shí)間，讓這款傳感器不僅能測量靜態(tài)力，還能精準捕捉動(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計
圖3 傳感器的各項性能測試結果
當這種傳感器被集成到機器人的機械手中，就像給機器人增加了“觸覺(jué)”。它們能通過(guò)機器學(xué)習算法識別抓取的物體類(lèi)型，實(shí)驗結果顯示，其在物體識別方面的準確率高達97%，能夠區分物體的形狀和內部結構，甚至是否具有磁性。這使得機器人在執行更復雜的任務(wù)時(shí)，能擁有更加細膩和全面的觸感反饋。
圖4 傳感器在機器人機械手上的滑動(dòng)檢測和物體識別應用
這項成果不僅是仿生學(xué)與磁傳感技術(shù)的巧妙結合，更是智能機器人領(lǐng)域的新探索。它將極大地提升機器人在醫療援助、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)表在國際知名期刊《Advanced Science》上，中國科學(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。該項工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然基金、北京市自然科學(xué)基金會(huì )等項目的大力支持。
