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觸覺是人們通過皮膚感知外界環(huán)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(zhì)、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(jīng)越來越完善，在物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)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(tǒng)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(yīng)變傳感器為主而組成，為了確保與非平整、粗糙和動態(tài)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(yīng)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(fù)雜的環(huán)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(shù)已經(jīng)有了一定的發(fā)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(shù)上沒有明顯的突破、接收指令并執(zhí)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(yè)化的成果相當(dāng)少。
廈門大學(xué)航空航天學(xué)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(jié)肢動物結(jié)構(gòu)組成的啟發(fā)，提出構(gòu)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(xiàn)超靈敏高頻動態(tài)力檢測。
柔性的基體加上剛性的微結(jié)構(gòu)，這種類節(jié)肢動物“剛?cè)岵?rdquo;的結(jié)構(gòu)是利用新材料構(gòu)建出來的。兩年來，他們一直在環(huán)氧樹脂、石蠟、聚二甲基硅氧烷、硅膠等材料中摸索，反復(fù)尋找最佳組合方案，最終摸索出融合的“剛?cè)岵?rdquo;結(jié)構(gòu)。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?cè)岵?rdquo;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(tǒng)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(yōu)異性能。
柔性觸覺傳感器的發(fā)展與成熟推動了其在生物醫(yī)療、運動檢測以及人機交互等領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展，從而進一步促進了智能系統(tǒng)的發(fā)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(tǒng)具有重要的理論研究價值和意義。研制出性能優(yōu)越、易于制作、成本低并且能夠大批量生產(chǎn)的柔性觸覺傳感器必然是今后的發(fā)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(yī)療、汽車、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)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)
原標(biāo)題：柔性觸覺傳感器研究新進展 賦予機器人敏銳的“觸感”
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