新型傳感器具備“精細觸覺” 有望用于人類義肢
時間：2023-11-15 來源：科技日報
科技日報記者 羅云鵬
15日，記者從南方科技大學獲悉，該校材料科學與工程系教授郭傳飛團隊研發出一種模擬人類指紋特征的柔性滑覺傳感器，能準確無誤地分辨如棉、紗、化纖、羊毛等細膩質地材料。該傳感器有望用于人形機器人、人類義肢以及觸覺虛擬現實等領域。相關成果發表在《自然·通訊》上。
“人體皮膚中兩種不同的感受器，分別檢測靜壓和振動，這兩種感受器在人體皮膚中協同工作，使我們能夠感知到各種觸覺刺激，并做出相應反應。”郭傳飛介紹，通過皮膚深層組織中的靜壓感受器，人類可感受到物體的硬度和形狀，而皮膚的表層組織振動感受器，能夠讓人類快速感知機械刺激，進而轉化為神經信號，傳遞給大腦進行解析。
“要模仿皮膚的這種功能極具挑戰，要求傳感器既具超高靈敏度，又有超快響應，這樣才可在快速劃過大量微小結構時，準確分辨結構尺寸、材質和數量。”郭傳飛說。
基于此，郭傳飛團隊研發出一種模擬人類指紋特征的柔性滑覺傳感器，在單個傳感器里集成皮膚中兩種感受器功能，通過材料和結構創新，這種傳感器可分辨10微米大小的結構，并對高達400赫茲的頻率產生響應，這和皮膚中感受器能感受到最大頻率范圍接近。
郭傳飛介紹，通過提取傳感器與目標物體接觸時觸覺信號，研究團隊構建出機器學習模型，并將柔性滑覺傳感器整合到人類手部義肢上，義肢在捕捉細小觸覺信號的同時，亦能識別如棉、紗、化纖、羊毛、亞麻、泡泡紗等20種常見織物。
通過機器學習模型，這種柔性滑覺傳感器在恒定滑速時可獲得高達100%的識別準確度，即使在任意劃速下也能達到99%左右，遠高于人類手指78%的準確度。“人工觸覺在某些方面已經顯著超過人類觸覺。”郭傳飛表示，“這種柔性滑覺傳感器或可稱之為‘電子皮膚’。”
（受訪者供圖）
責任編輯： 孫瑩
