智能機(jī)器人如何實(shí)現(xiàn)類(lèi)人的高靈巧操作？觸覺(jué)傳感器在當(dāng)中起到至關(guān)重要的作用。這就好比皮膚之于人，智能機(jī)器人的“皮膚”——觸覺(jué)傳感器越靈敏，類(lèi)人操作也就越靈巧。

       近日，廈大航空航天學(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，提出了可以實(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，突破了傳統(tǒng)傳感器靈敏度的理論極限值并得到顯著提升。這意味著，有了該傳感器，機(jī)器人操作靈巧度將有望得到大大提升。

       這一研究成果發(fā)表在Nature Communications期刊，廈大航空航天學(xué)院機(jī)電工程系張金惠博士后為論文第一作者。

       突破：超靈敏高頻動(dòng)態(tài)力檢測(cè)

       讓機(jī)器人來(lái)幫我們倒水，實(shí)現(xiàn)的可能性大嗎？

       接觸杯子、開(kāi)始倒水、判斷接水量、接幾分滿(mǎn)、送到指定位置、放下杯子。這些我們?cè)倨匠２贿^(guò)的操作，對(duì)智能機(jī)器人而言，能否精準(zhǔn)操作絕對(duì)是個(gè)考驗(yàn)。

       成功與否，智能機(jī)器人的“皮膚”，也就是觸覺(jué)傳感器在當(dāng)中起了至關(guān)重要的作用。當(dāng)一款適合的柔性傳感器貼附于機(jī)器人的手時(shí)，機(jī)器人整個(gè)倒水過(guò)程就可以精確地被檢測(cè)到，以此輔助它進(jìn)行類(lèi)人的高靈巧操作。



       這樣的場(chǎng)景，在周偉團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)室上演了很多次。

       當(dāng)前，在智能機(jī)器人動(dòng)態(tài)力檢測(cè)應(yīng)用中，常常使用壓電式柔性觸覺(jué)傳感器，但傳統(tǒng)的壓電式柔性觸覺(jué)傳感器靈敏度受限于自身靈敏度理論極限值。也就是說(shuō)，智能機(jī)器人的“皮膚”從接受到指令到執(zhí)行操作的靈巧度并不如人意。

       周偉團(tuán)隊(duì)的突破在于為智能機(jī)器人“皮膚”提出了全新的工作模式，大大提升了智能機(jī)器人“皮膚”的靈敏度。

       周偉說(shuō)，研究工作受節(jié)肢動(dòng)物結(jié)構(gòu)組成的啟發(fā)，提出的這種仿生型“剛?cè)岵��?jì)”柔性觸覺(jué)傳感器，不僅可以提升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，使傳感器靈敏度得到顯著提升且可達(dá)到理論極限值的17倍，并具有5−600 Hz寬帶寬、0.009−4.3 N線性檢測(cè)范圍和實(shí)時(shí)力方向識(shí)別的優(yōu)異性能。

       也就是說(shuō)，有了該傳感器，智能機(jī)器人的操作會(huì)更靈巧，也會(huì)更靈敏地感知外界作用力的大小和方向。

       團(tuán)隊(duì)介紹，該研究成果為壓電式觸覺(jué)傳感器進(jìn)一步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。

       過(guò)程：完美融合的“剛?cè)岵��?jì)”

       這款完美融合的“剛?cè)岵��?jì)”的類(lèi)人感知“皮膚”怎么來(lái)的呢？研究之初，周偉團(tuán)隊(duì)就一直在思考這個(gè)課題并付諸實(shí)踐。

       柔性的基體加上剛性的微結(jié)構(gòu)——這種類(lèi)節(jié)肢動(dòng)物的剛?cè)岵��?jì)結(jié)構(gòu)能否實(shí)現(xiàn)？?jī)赡陼r(shí)間里，一次又一次疊加的失敗經(jīng)歷，該團(tuán)隊(duì)一直在努力嘗試——畢竟并不是任意的剛?cè)岵��?jì)就可以組成想要的結(jié)構(gòu)。

       環(huán)氧樹(shù)脂、石蠟、聚二甲基硅氧烷、硅膠……這兩年，張金惠似乎化身為“材料專(zhuān)家”，以及“排列組合專(zhuān)家”。“我們的方向和目標(biāo)是明確且正確的，只是沒(méi)有找到最佳的方案。” 張金惠說(shuō)，“當(dāng)然，科研就是一個(gè)不停試錯(cuò)的過(guò)程，持之以恒、堅(jiān)持不懈是最有效的，也是最有用的解決問(wèn)題的辦法。”

       成百上千次的實(shí)驗(yàn)，最終摸索出完美融合的“剛?cè)岵��?jì)”結(jié)構(gòu)。廈大航院實(shí)驗(yàn)室里的“機(jī)械臂”就是在這樣的探索下成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)態(tài)力的超靈敏感知及靈巧操作。

       “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)。