【廈門大學:在柔性觸覺傳感器領(lǐng)域取得重要進展】

觸覺傳感器是智能機器人實現(xiàn)類人觸覺感知功能的核心部件之一。隨著智能機器人的快速發(fā)展，對觸覺傳感器的性能需要也日益增高，不僅需要觸覺傳感器具有柔性，能夠檢測靜態(tài)力等，而且更重要的是需要具備檢測動態(tài)力的性能，以實現(xiàn)智能機器人類人的高靈巧操作。相比于壓阻式、電容式等工作模式的柔性觸覺傳感器，由于壓電式柔性觸覺傳感器在機器人動態(tài)力檢測應用中優(yōu)勢明顯，成為當前的研究熱點。但是，傳統(tǒng)壓電式柔性觸覺傳感器往往存在無法突破自身靈敏度理論極限值的問題。

近日，廈門大學航空航天學院機電工程系周偉教授團隊在柔性觸覺傳感器研究領(lǐng)域取得重要進展，提出了可以實現(xiàn)超靈敏高頻動態(tài)力檢測的柔性觸覺傳感器工作新模式，突破了傳感器靈敏度的理論極限值并得到顯著提升。

該研究工作最初受節(jié)肢動物結(jié)構(gòu)組成的啟發(fā)，提出了一種基于剛?cè)岵叭髦?結(jié)構(gòu)（圖1a, b）的超靈敏高頻動態(tài)力檢測的仿生型柔性觸覺傳感器。該結(jié)構(gòu)設計不僅可提升柔性材料的力傳遞效率，而且由于剛?cè)岵鬟f層與柔性下基體的結(jié)合使得壓電層產(chǎn)生彎曲應變，從而使得柔性觸覺傳感器工作在新的模式——d31（圖1c），了傳統(tǒng)的壓電式柔性觸覺傳感器的d33工作模式。正是由于傳感器的工作模式的轉(zhuǎn)變，使得該柔性觸覺傳感器的靈敏度得到顯著提升（約為346.5 pCN-1，達到理論極限值的17倍）（圖1d），且具有5?600 Hz寬帶寬、0.009?4.3 N線性檢測范圍和實時力方向識別的優(yōu)異性能。特別是，盡管由于該柔性觸覺傳感器引入了剛性陣列結(jié)構(gòu)，但通過剛?cè)岵Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計，使得該柔性觸覺傳感器具有與傳統(tǒng)柔性觸覺傳感器相媲美的可彎曲、可拉伸特性（圖1e），并最后將柔性觸覺傳感器成功用于精確檢測機器人的多種靈巧操作的動態(tài)信息（圖1f）。