用于感知抓取的三维柔性触觉传感器阵列：迈向更先进的感知机器人技术

《IEEE Sensors Journal》：Three-Dimensional Flexible Tactile Sensor Arrays for Perceptual Grasping: Toward Enhanced Perceptual Robotics

　　

智能机器人技术的最新进展极大地提高了对多维触觉传感器的需求。传统的触觉传感器在灵敏度、抗干扰能力和测量范围方面存在局限性，这限制了它们在复杂环境中的应用。受到人类皮肤结构的启发，研究人员开发出了一种三维阵列磁传感器（MCE），该传感器具有高灵敏度（57.625N）、宽力测量范围（-7至7 N）和低滞后率（1.04%），以及高稳定性。该传感器采用三层设计：顶层是一个柔性方形磁铁，在外力作用下会发生变形，从而检测法向力和切向力；中间层由柔性弹性体（Ecoflex 00-30）和弹簧组成，以实现广泛的力测量范围；底层是柔性印刷电路板（FPCB），上面嵌入了霍尔传感器阵列，用于将磁场变化转换为电信号。MCE传感器的法向力测量范围为0至16 N，最小分辨率为10 mN，能够准确检测微小的力变化。实验结果表明，MCE传感器可以实现实时滑动检测，并且当与深度学习算法结合使用时，其物体识别准确率可达到96.36%。这一技术进步显著增强了触觉感知功能，从而推动了智能机器人的发展，例如精确抓取，并改善了人机交互，特别是在医疗康复设备领域。

触觉感知在机器人技术中起着关键作用，使机器人能够以类似于人类的方式感知和与外部环境互动[1]、[2]。高性能的触觉传感器提升了机器人在精细操作、物体识别和人机交互方面的能力[3]、[4]、[5]，对于实现智能和灵活的机器人系统至关重要[6]、[7]、[8]。在日常生活中，人类的手可以抓取和操纵各种形状和大小的物体，因为手指皮肤中的丰富触觉感受器能够感知三维接触力，并实时调整抓握力以确保安全操作。因此，开发高性能的三维力传感器技术对于满足日益增长的触觉反馈需求至关重要。