觸覺(jué)傳感器是機(jī)器人感知外部環(huán)境的重要媒介，它為機(jī)器人賦予了類似于人類的感官，使機(jī)器人不僅能夠獲取諸如位置、溫度和形狀等物理信息，也可以感受硬度、壓力等變化，從而執(zhí)行各種操作。隨著機(jī)器人的智能化應(yīng)用場(chǎng)景不斷豐富，市場(chǎng)對(duì)觸覺(jué)傳感器的尺寸、靈敏度、耐用性等需求也日益提升。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，來(lái)自德國(guó)馬克斯普朗克智能系統(tǒng)研究所（Max Planck Institute for Intelligent Systems）的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一款拇指大小的柔性觸覺(jué)傳感器，名為“Insight”。該傳感器基于機(jī)器視覺(jué)和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)全方位的觸覺(jué)感應(yīng)，準(zhǔn)確推斷出物體位置及力信息。該研究成果已發(fā)表于Nature Machine Intelligence期刊。

Insight觸覺(jué)傳感器具備獨(dú)特的機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，研究團(tuán)隊(duì)采用了一種圍繞著輕質(zhì)剛性骨架的軟殼作為整體支撐結(jié)構(gòu)，并在外殼彈性體中混合了深色且反光的鋁片，使其呈不透明灰色狀，以防止外部光線進(jìn)入。隱藏在這個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)的是一個(gè)微型160°魚眼攝像頭，在一圈LED燈的照射下可進(jìn)行彩色圖像記錄。

Insight觸覺(jué)傳感器設(shè)計(jì)原理

Insight觸覺(jué)傳感器制造過(guò)程

基于外殼的創(chuàng)新機(jī)械設(shè)計(jì)、內(nèi)部量身定制的成像系統(tǒng)、自動(dòng)數(shù)據(jù)收集和尖端的深度學(xué)習(xí)，Insight觸覺(jué)傳感器實(shí)現(xiàn)了卓越的傳感性能。值得一提的是，由于結(jié)合了光度立體和結(jié)構(gòu)光，Insight觸覺(jué)傳感器可精準(zhǔn)檢測(cè)其柔性外殼的3D形變。Insight觸覺(jué)傳感器還有一個(gè)特別之處，它有一個(gè)指甲形狀的超敏感區(qū)域，具備非常薄的彈性層，這種設(shè)計(jì)使它可以探測(cè)到微小的力和詳細(xì)的物體形狀。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)Insight觸覺(jué)傳感器的姿態(tài)識(shí)別，以及其對(duì)微妙觸覺(jué)刺激的敏感度進(jìn)行了定量評(píng)估，證明了其出色的性能。它的定位精度可達(dá)0.4mm，力精度約為0.03N，力方向精度約為5°，可適用于具備不同接觸面積的各種觸覺(jué)探測(cè)。

Insight觸覺(jué)傳感器姿態(tài)識(shí)別以及敏感度評(píng)估實(shí)驗(yàn)

Insight觸覺(jué)傳感器除了在尺寸、精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性方面具備優(yōu)勢(shì)外，其制造成本也相對(duì)適中（低于100美元）。此項(xiàng)研究為機(jī)器人能夠像人類和動(dòng)物一樣精準(zhǔn)感知環(huán)境邁出了重要的一步。

隨著材料科學(xué)、柔性電子和微納技術(shù)的發(fā)展，觸覺(jué)傳感器也將朝向更加柔性化、小型化、智能化、多功能化和人性化的方向發(fā)展，未來(lái)將會(huì)在更廣闊的領(lǐng)域發(fā)揮不可替代的作用。

論文信息：

https://doi.org/10.1038/s42256-021-00439-3

審核編輯 ：李倩