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

觸覺(jué)傳感器是智能機(jī)器人實(shí)現(xiàn)類人觸覺(jué)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(duì)觸覺(jué)傳感器的性能需要也日益增高，不僅需要觸覺(jué)傳感器具有柔性，能夠檢測(cè)靜態(tài)力等，而且更重要的是需要具備檢測(cè)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(jué)傳感器，由于壓電式柔性觸覺(jué)傳感器在機(jī)器人動(dòng)態(tài)力檢測(cè)應(yīng)用中優(yōu)勢(shì)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(jué)傳感器往往存在無(wú)法突破自身靈敏度理論極限值的問(wèn)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(jué)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(cè)的柔性觸覺(jué)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(cè)的仿生型柔性觸覺(jué)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(jué)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(jué)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(jué)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(cè)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(jué)傳感器引入了剛性陣列結(jié)構(gòu)，但通過(guò)剛?cè)岵?jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得該柔性觸覺(jué)傳感器具有與傳統(tǒng)柔性觸覺(jué)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(jué)傳感器成功用于精確檢測(cè)機(jī)器人的多種靈巧操作的動(dòng)態(tài)信息（圖1f）。