受章鱼启发的柔性光学触觉传感器用于多模态力学与颜色感知

《Device》：Octopus-inspired flexible optical tactile sensor for multimodal mechanical and color perception

　　

更大的图景

具身智能机器人依赖于先进的触觉感知，以安全有效地与非结构化环境进行交互。虽然传统触觉传感器能够捕获压力、纹理等机械输入，但它们缺乏光谱颜色感知能力，而这对于物体分拣、质量检测和 tissue assessment 等任务是不可或缺的。基于相机的视觉模块可以捕获颜色信息，但体积庞大、对环境光照敏感，且在人机交互中引发隐私担忧。开发一种紧凑的、无相机的设备，无缝融合触觉和视觉感知，仍然是机器人感知领域的一项根本性挑战。

为应对这一挑战，本研究引入了一种无相机、高度集成的柔性光学触觉传感器，其灵感来源于章鱼触手机制感受器和光感受器的协同架构。通过在单个紧凑的基板上单体共集成内部力敏光机械腔体和外部光谱颜色模块，该设备实现了接触力、材料刚度、表面粗糙度和全光谱颜色的无串扰同步采集。从长远来看，这种软硬件协同设计策略为下一代机器人操作、假肢接口和人机交互提供了通用蓝图。通过使机器人能够在接触界面同时"看"和"感觉"，该技术有望显著提升自动化农业收获、智能工业分拣以及日常人类环境中安全协作机器人的能力。

亮点

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章鱼启发的传感器实现了多模态力、纹理和颜色感知

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多孔形状记忆聚合物实现了灵敏的光机械力感知

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分离的光学路径在物理上解耦了机械信号和颜色信号

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传感器在12类物体识别中实现了高精度

摘要

受章鱼触手启发，我们提出了一种无相机、高度集成的柔性光学触觉传感器，用于同步采集接触力、表面粗糙度、材料刚度和全光谱颜色。触觉模块通过压力诱导多孔形状记忆聚合物（SMP）网络的几何重构来调制光线，实现了0–35 N的响应范围、0.0969 N^?1的高灵敏度、8.6 ms的响应时间以及在6,000次循环中的稳定性。通过利用幅频双维特征，传感器在一次触摸过程中有效解耦了刚度和粗糙度。关键的是，通过分离的光学路径和色度归一化，机械信号和颜色信号实现了解耦，确保了1–20 N载荷下与载荷无关的颜色识别。当集成到配备支持向量机（SVM）分类器的机械手上时，该系统在12个物体类别中实现了99.58%的准确率，为多模态机器人感知提供了解紧凑的方案。

图形摘要