触滑觉传感器 如何让机器人有“触觉”？中国团队研发出模拟人类指纹细腻感知系统

如何让机器人有“触觉”？中国团队研发出模拟人类指纹细腻感知系统

中新网北京11月15日电 (记者 孙自法)如何让机器人有“触觉”？施普林格·自然旗下学术期刊《自然-通讯》最新发表一篇技术论文称，中国研究团队研发成功一个类似人类手指的高分辨人工传感系统，能分辨细腻质地，如斜纹布、灯芯绒和羊毛。该研究成果或能提高机器人和人类义肢的精细触觉和细腻感知能力，有望应用于虚拟现实。

滑觉传感器正在一块织物上识别其质地(图片来自：郭传飞)。施普林格·自然 供图

这项机器人技术领域重要突破，由论文通讯作者、南方科技大学郭传飞教授和同事等合作完成。他们介绍说，人类能用手指轻抚物体表面，通过静压力和高频振动来辨别物体；之前用来开发感知物理刺激的人工触觉传感器的方法只能基于触觉或多重传感器来识别现实世界物体，已有的系统难以实现对精细结构的分辨与识别，或需要两套系统来实现，而开发高时空分辨率和高灵敏度的实时人工传感系统一直存在挑战。

一只装有滑觉传感器的义肢手(图片来自：郭传飞)。施普林格·自然 供图

针对该挑战，研究团队研发出一种模拟人类指纹特征的柔性滑觉传感器，能让系统在传感器滑过物体表面时识别表面质地的微小特征。通过结合机器学习，合作团队将该传感器整合到一个人类手部义肢上。他们发现，该传感器能捕捉到细小的触觉信号，并能识别20种不同材质，包括亚麻、尼龙、聚酯纤维和泡泡纱等，准确率可达100%。

研究团队认为，他们此次研究成果通过后续展开进一步研究，或有助于提升机器人的感知能力，促进佩戴人工义肢患者的感知恢复，并应用于基于触觉的虚拟现实和消费电子产品。未来非常大的一个应用场景，可能是人形机器人的精细触觉，让机器人获得细腻的触觉功能。(完)

新型传感器具备“精细触觉” 有望用于人类义肢

来源：科技日报

科技日报记者 罗云鹏

15日，记者从南方科技大学获悉，该校材料科学与工程系教授郭传飞团队研发出一种模拟人类指纹特征的柔性滑觉传感器，能准确无误地分辨如棉、纱、化纤、羊毛等细腻质地材料。该传感器有望用于人形机器人、人类义肢以及触觉虚拟现实等领域。相关成果发表在《自然·通讯》上。

“人体皮肤中两种不同的感受器，分别检测静压和振动，这两种感受器在人体皮肤中协同工作，使我们能够感知到各种触觉刺激，并做出相应反应。”郭传飞介绍，通过皮肤深层组织中的静压感受器，人类可感受到物体的硬度和形状，而皮肤的表层组织振动感受器，能够让人类快速感知机械刺激，进而转化为神经信号，传递给大脑进行解析。

“要模仿皮肤的这种功能极具挑战，要求传感器既具超高灵敏度，又有超快响应，这样才可在快速划过大量微小结构时，准确分辨结构尺寸、材质和数量。”郭传飞说。

基于此，郭传飞团队研发出一种模拟人类指纹特征的柔性滑觉传感器，在单个传感器里集成皮肤中两种感受器功能，通过材料和结构创新，这种传感器可分辨10微米大小的结构，并对高达400赫兹的频率产生响应，这和皮肤中感受器能感受到最大频率范围接近。

郭传飞介绍，通过提取传感器与目标物体接触时触觉信号，研究团队构建出机器学习模型，并将柔性滑觉传感器整合到人类手部义肢上，义肢在捕捉细小触觉信号的同时，亦能识别如棉、纱、化纤、羊毛、亚麻、泡泡纱等20种常见织物。

通过机器学习模型，这种柔性滑觉传感器在恒定滑速时可获得高达100%的识别准确度，即使在任意划速下也能达到99%左右，远高于人类手指78%的准确度。“人工触觉在某些方面已经显著超过人类触觉。”郭传飞表示，“这种柔性滑觉传感器或可称之为‘电子皮肤’。”

（受访者供图）

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