近期，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院與香港城市大學(xué)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》上發(fā)表了一項(xiàng)創(chuàng)新性的研究成果。這項(xiàng)研究提出了一種全新的觸覺(jué)感知方法，該方法基于柔性光柵結(jié)構(gòu)色，為觸覺(jué)傳感器技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了重要突破。
觸覺(jué)傳感器在機(jī)器人執(zhí)行精細(xì)操作中扮演著至關(guān)重要的角色。然而，現(xiàn)有的視觸覺(jué)傳感器主要依賴(lài)于幾何光學(xué)信息或標(biāo)記跟蹤技術(shù)，導(dǎo)致其觸點(diǎn)力位識(shí)別的分辨率和精度受限。為了克服這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)從仿生結(jié)構(gòu)色現(xiàn)象中汲取靈感，開(kāi)發(fā)了一種全新的觸覺(jué)感知方法。
該方法利用柔性光柵薄膜在白光照射下形成的結(jié)構(gòu)色圖案作為觸覺(jué)表征信息。結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)接觸點(diǎn)的高靈敏度和高分辨率感知。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法在觸點(diǎn)定位的空間分辨率和法向力識(shí)別精度方面均優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，其整體法向力識(shí)別精度達(dá)到了6 mN，平面分辨率為79 μm，接觸深度分辨率為25 μm。
這項(xiàng)研究的創(chuàng)新之處在于，它充分利用了結(jié)構(gòu)色圖案中的豐富觸覺(jué)表征信息，從而實(shí)現(xiàn)了觸覺(jué)感知技術(shù)的顯著提升。該方法還具有卓越的可拓展適用性。研究團(tuán)隊(duì)基于核心組件的模塊化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了面向多種典型場(chǎng)景應(yīng)用的傳感器原型。
這些原型包括一款能夠精準(zhǔn)檢測(cè)低頻振動(dòng)信號(hào)的高靈敏度振動(dòng)傳感器，一款能夠靈敏感知低頻振動(dòng)和氣流擾動(dòng)的仿生觸須傳感器，以及一套具備環(huán)向三維接觸感知能力的內(nèi)窺鏡觸覺(jué)傳感系統(tǒng)。這些原型的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了該觸覺(jué)感知方法在機(jī)器人感知、環(huán)境監(jiān)測(cè)和醫(yī)療器械等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用潛力。
研究團(tuán)隊(duì)還展示了該觸覺(jué)感知方法的示意圖，清晰地呈現(xiàn)了其工作原理和應(yīng)用場(chǎng)景。這一研究成果不僅為觸覺(jué)傳感器技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路和方法，也為相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新注入了新的活力。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的博士生邱宇澤是該論文的第一作者，董二寶副教授和香港城市大學(xué)的于欣格副教授擔(dān)任通訊作者。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目的大力支持。這一創(chuàng)新性成果的發(fā)表，標(biāo)志著中國(guó)在觸覺(jué)傳感器技術(shù)領(lǐng)域的研究邁上了新的臺(tái)階。
