一種模擬人類指紋特征的柔性滑覺傳感器

近日，記者從南方科技大學(xué)獲悉，該校材料科學(xué)與工程系教授郭傳飛團隊研發(fā)出一種模擬人類指紋特征的柔性滑覺傳感器，能準(zhǔn)確無誤地分辨如棉、紗、化纖、羊毛等細(xì)膩質(zhì)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(xiàn)實等領(lǐng)域。相關(guān)成果發(fā)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(xié)同工作，使我們能夠感知到各種觸覺刺激，并做出相應(yīng)反應(yīng)。”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(jìn)而轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號，傳遞給大腦進(jìn)行解析。

“要模仿皮膚的這種功能極具挑戰(zhàn)，要求傳感器既具超高靈敏度，又有超快響應(yīng)，這樣才可在快速劃過大量微小結(jié)構(gòu)時，準(zhǔn)確分辨結(jié)構(gòu)尺寸、材質(zhì)和數(shù)量?！惫鶄黠w說。

基于此，郭傳飛團隊研發(fā)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(jié)構(gòu)創(chuàng)新，這種傳感器可分辨10微米大小的結(jié)構(gòu)，并對高達(dá)400赫茲的頻率產(chǎn)生響應(yīng)，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(biāo)物體接觸時觸覺信號，研究團隊構(gòu)建出機器學(xué)習(xí)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(xì)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(xué)習(xí)模型，這種柔性滑覺傳感器在恒定滑速時可獲得高達(dá)100%的識別準(zhǔn)確度，即使在任意劃速下也能達(dá)到99%左右，遠(yuǎn)高于人類手指78%的準(zhǔn)確度?！叭斯び|覺在某些方面已經(jīng)顯著超過人類觸覺?！惫鶄黠w表示，“這種柔性滑覺傳感器或可稱之為‘電子皮膚’?！?/p>

編輯：黃飛