智能機(jī)器人執(zhí)行超精細(xì)操作任務(wù)時(shí)，如何在復(fù)雜環(huán)境中通過觸覺辨別細(xì)微壓力（如流體環(huán)境）是一項(xiàng)亟待解決的技術(shù)瓶頸。盡管高靈敏度柔性觸覺傳感器已有大量研究報(bào)告，但由于柔性傳感器易受到本征噪聲的限制，在實(shí)際應(yīng)用中的壓力分辨率水平仍難以滿足需求。

近日，中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院研究團(tuán)隊(duì)受人體指尖默克爾細(xì)胞啟發(fā)，提出一種共形石墨烯納米墻-六方氮化硼-石墨烯（CGNWs-hBN-Gr）準(zhǔn)二維垂直隧穿觸覺傳感器，利用hBN隧穿通道模擬PZ蛋白的生物機(jī)械門控離子通道，通過微納米多尺度力敏界面實(shí)現(xiàn)了原子層間隧穿電流的宏觀調(diào)控。

此外，hBN蓋層和隧穿效應(yīng)可有效抑制陷阱電荷，從而降低器件1/f噪聲。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該傳感器靈敏度高達(dá)1.99×106kPa-1，在10 Hz頻率下的噪聲功率譜密度僅為2.2×10-24A2/Hz，噪聲等效壓力（NEPr）低至7.96×10-3Pa，信噪比高達(dá)68.76 dB。研究團(tuán)隊(duì)建立了機(jī)器人指尖液體識(shí)別系統(tǒng)，通過對(duì)比COMSOL仿真與實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)，捕捉到液體接觸過程中的微動(dòng)態(tài)特征，配合過渡感知上下文注意力網(wǎng)絡(luò)（TacAtNet）模型，實(shí)現(xiàn)不同溶液甚至同一溶液的不同濃度的識(shí)別，在不同濃度的酒精（0%、25%、50%、75% 和 99%）中識(shí)別率高達(dá)98.1%。

該項(xiàng)技術(shù)增強(qiáng)了機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的感知能力，為下一代機(jī)器人的先進(jìn)應(yīng)用提供了保障。

仿生觸覺傳感結(jié)構(gòu)和感知過程

審核編輯 黃宇