【廈門大學(xué):在柔性觸覺傳感器領(lǐng)域取得重要進(jìn)展】

觸覺傳感器是智能機(jī)器人實(shí)現(xiàn)類人觸覺感知功能的核心部件之一。隨著智能機(jī)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(dòng)態(tài)力的性能，以實(shí)現(xiàn)智能機(jī)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(jī)器人動(dòng)態(tài)力檢測應(yīng)用中優(yōu)勢明顯，成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。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(xué)航空航天學(xué)院機(jī)電工程系周偉教授團(tuán)隊(duì)在柔性觸覺傳感器研究領(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(dòng)物結(jié)構(gòu)組成的啟發(fā)，提出了一種基于剛?cè)岵?jì)“三明治"結(jié)構(gòu)（圖1a, b）的超靈敏高頻動(dòng)態(tài)力檢測的仿生型柔性觸覺傳感器。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅可提升柔性材料的力傳遞效率，而且由于剛?cè)岵?jì)力傳遞層與柔性下基體的結(jié)合使得壓電層產(chǎn)生彎曲應(yīng)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(dá)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(shí)時(shí)力方向識(shí)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?jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(jī)器人的多種靈巧操作的動(dòng)態(tài)信息（圖1f）。