觸手可知—人工傳感器模擬人體觸覺

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，來自韓國(guó)大邱慶北科技學(xué)院（DGIST）的研究人員開發(fā)出一種人工觸覺傳感器，可以模仿人體皮膚的功能來探測(cè)物體表面的信息，如形狀、圖案和結(jié)構(gòu)。

這可能使距制造出具有感知粗糙度和平滑度等感覺的電子設(shè)備和機(jī)器人，又更近了一步。

“模仿人類的感官是工程學(xué)里最受歡迎的研究領(lǐng)域之一，但是觸覺很難復(fù)制，” DGIST的工程師Kwonsik Shin說。（Kwonsik Shin也是該項(xiàng)研究發(fā)表在IEEE/ASME Transactions on Mechatronics期刊的第一作者）

人類不僅能感知環(huán)境的多種物理特性，如壓力、溫度、振動(dòng)、張力和剪切力，還能同時(shí)感測(cè)心理感覺參數(shù)，如粗糙度、平滑度、堅(jiān)硬度和疼痛度。探測(cè)精確的表面信息是復(fù)制觸覺心理感覺關(guān)鍵的第一步。

為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，DGIST的研究人員與來自ASML韓國(guó)分部、東國(guó)大學(xué)（首爾）、成均館大學(xué)和牛津大學(xué)的同仁合作。他們開發(fā)了一種能夠高精度測(cè)量表面紋理的設(shè)備。

該傳感器由壓電材料制成——一類敏感性極高的材料，在受到應(yīng)力作用時(shí)會(huì)在兩端產(chǎn)生相應(yīng)的電壓差。這類材料具有與皮膚相似的屬性。

新的傳感器與現(xiàn)有的人工傳感器相比，具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，它可以通過觸摸和滑動(dòng)來探測(cè)信號(hào)。這模仿了人類感知表面特征的兩種方式：通過戳它或用手指在它表面滑動(dòng)。而大多數(shù)人工傳感器只使用單一的方法。

其次，它由一系列多個(gè)感受器組成，這意味著可以利用兩個(gè)感受器信號(hào)之間的時(shí)間間隔和它們之間的距離來計(jì)算滑動(dòng)速度。而大多數(shù)機(jī)器人手指使用單個(gè)感受器，且需要額外的速度計(jì)。

研究人員通過在傳感器表面按壓各種形狀的印模，像正方形、三角形或圓頂?shù)龋瑏頊y(cè)試他們的傳感器。他們還在傳感器上添加了柔性的材料，來看看它是否可以測(cè)量深度，從而實(shí)現(xiàn)三維（3D）感知。傳感器可以根據(jù)印模的形狀產(chǎn)生不同的電壓。

結(jié)果表明，該傳感器具有較高的空間分辨率，能夠高精度地表現(xiàn)某些物體的表面特征，如寬度和間距。但是，目前該傳感器無法完美地辨識(shí)3D形狀。

將來，該傳感器可以集成到電子設(shè)備中，例如機(jī)器人或智能手機(jī)，以提高它們探測(cè)表面紋理的能力。