讓智能機(jī)器人靈活自如地工作，少一些“違和感”，觸覺(jué)傳感器起著至關(guān)重要的作用。近日，廈門(mén)大學(xué)航空航天學(xué)院周偉教授團(tuán)隊(duì)在柔性觸覺(jué)傳感器研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，提出可以實(shí)現(xiàn)超靈敏高頻動(dòng)態(tài)力檢測(cè)的柔性觸覺(jué)傳感器新工作模式，突破傳統(tǒng)傳感器靈敏度的理論極限值。這意味著，借助該傳感器，機(jī)器人操作靈巧度將大幅提升，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然·通訊》上。
團(tuán)隊(duì)提出的仿生型“剛?cè)岵?jì)”柔性觸覺(jué)傳感器原理及實(shí)驗(yàn)。廈門(mén)大學(xué)供圖
機(jī)器人倒水如何實(shí)現(xiàn)？接觸杯子、開(kāi)始倒水、判斷接水量、接幾分滿、送到指定位置、放下杯子……這些再平常不過(guò)的步驟對(duì)智能機(jī)器人而言卻是個(gè)考驗(yàn)。當(dāng)一款柔性傳感器貼附于機(jī)器人手臂時(shí)，機(jī)器人整個(gè)倒水的動(dòng)態(tài)過(guò)程都被精確地檢測(cè)到，使它做出連貫流暢的類(lèi)人操作。這樣的場(chǎng)景在周偉團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)室反復(fù)驗(yàn)證多次。
團(tuán)隊(duì)提出的仿生型“剛?cè)岵?jì)”柔性觸覺(jué)傳感器原理及實(shí)驗(yàn)。廈門(mén)大學(xué)供圖
周偉介紹，觸覺(jué)傳感器相當(dāng)于智能機(jī)器人的“皮膚”，起著接收指令的重要作用，是執(zhí)行精準(zhǔn)操作的前提，傳感器越靈敏，類(lèi)人操作就越靈巧。目前在智能機(jī)器人動(dòng)態(tài)力檢測(cè)應(yīng)用中常使用的壓電式柔性觸覺(jué)傳感器受限于自身靈敏度理論極限值，智能機(jī)器人通過(guò)“皮膚”接收指令并執(zhí)行操作的靈巧度并不如人意。為此，團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于研究靈敏度更高、類(lèi)人感知的傳感器。
研究人員受節(jié)肢動(dòng)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(jué)傳感器，能精確感知外界作用力大小和方向，實(shí)現(xiàn)超靈敏高頻動(dòng)態(tài)力檢測(cè)。柔性的基體加上剛性的微結(jié)構(gòu)，這一研究的關(guān)鍵在于利用新材料構(gòu)建出這種類(lèi)節(jié)肢動(dòng)物“剛?cè)岵?jì)”的結(jié)構(gòu)。
團(tuán)隊(duì)成員廈門(mén)大學(xué)航空航天學(xué)院機(jī)電工程系博士后張金惠介紹，團(tuán)隊(duì)兩年來(lái)化身“材料專(zhuān)家”以及“排列組合專(zhuān)家”，一直在環(huán)氧樹(shù)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，最終摸索出完美融合的“剛?cè)岵?jì)”結(jié)構(gòu)。這一成果為智能機(jī)器人“皮膚”提供了全新的工作模式，大大提升了智能機(jī)器人“皮膚”的靈敏度。
該研究提出的這種仿生型“剛?cè)岵?jì)”柔性觸覺(jué)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(jué)傳感器的工作模式，使傳感器靈敏度可達(dá)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(cè)范圍和實(shí)時(shí)力方向識(shí)別的優(yōu)異性能。
研究人員介紹，該成果為壓電式觸覺(jué)傳感器的深入研究提供了新方法和新思路，尤其是對(duì)智能機(jī)器人建立類(lèi)人的觸覺(jué)感知系統(tǒng)具有重要的理論研究?jī)r(jià)值和意義。“未來(lái)，該觸覺(jué)傳感器不僅適用于智能機(jī)器人，也有望在醫(yī)療、汽車(chē)、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域進(jìn)行運(yùn)用。”周偉說(shuō)。
