具有高時空分辨率的機器人感知系統用于紋理識別

南方科技大學郭傳飛課題組研發了一種基于柔性滑覺傳感的機器人觸覺感知系統用于紋理識別。該傳感器中，表面的指紋結構和傳感器中的微結構層對傳感性能起到關鍵作用。


團隊采用摩方精密nanoArch®S130（精度：2μm）3D打印設備，實現了類指紋結構模板和分級微結構模板的高精度打印，并結合倒模技術制備了柔性PDMS人工指紋（周期：350 μm，高度：260μm）和具有分級微結構的離子凝膠（周期：200μm，高度: 55μm）。

這種應用需要傳感器具備高靈敏和快響應的性能，以實現對微小的結構起伏（高度）和精細的結構間距產生響應。團隊選擇了低粘度離子凝膠，并結合分級離-電傳感界面的設計，使滑覺傳感器具有高靈敏度（519kPa-1）和超快的響應-弛豫速度（2.4ms），可同時檢測靜壓和高達400 Hz的高頻振動。此外，傳感器能夠探測出周期為15μm、高度為6μm的微小結構，展現出優異的空間分辨率。在400Hz的高頻振動下，柔性滑覺傳感器能夠區分出0.02Hz的頻率變化，頻率分辨率達0.005%。這種非常高的時空分辨率使滑覺傳感器能夠準確區分具有緊密間距的微小表面特征，這對機器人在紋理識別方面具有重要意義。