近年來，電子皮膚作為新興的柔性傳感器件，具有仿皮膚的結(jié)構(gòu)和功能，在健康醫(yī)療、觸覺反饋仿生電子、機(jī)器人等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。電子皮膚在機(jī)器人觸覺感知方面的作用尤為關(guān)鍵，搭建了人-機(jī)-物交互的橋梁，通過獨(dú)特的觸覺通道賦予機(jī)器人更豐富的感知能力，在提高人機(jī)交互的舒適性和安全性方面展現(xiàn)出潛力。為在復(fù)雜環(huán)境中準(zhǔn)確感知并響應(yīng)，電子皮膚應(yīng)擁有超寬量程、高線性度、高一致性等特性。當(dāng)前，普遍采用的技術(shù)路徑是印刷電子技術(shù)。這一技術(shù)具有印刷成本低、周期短、可實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，為電子皮膚制造提供了新的可能性，成為規(guī)模化制造電子皮膚的優(yōu)選技術(shù)。
近日，中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院科研人員在《納米能源》（Nano Energy）上發(fā)表了題為Leather-Based Printed Tactile Sensor Array for Robotic Interactive Skin的研究論文。該研究發(fā)展了新型的皮革基微結(jié)構(gòu)表面絲網(wǎng)印刷技術(shù)，制備出具有垂直梯度導(dǎo)電纖維網(wǎng)絡(luò)的陣列式電子皮膚。這種獨(dú)特的多層分級導(dǎo)電纖維網(wǎng)絡(luò)力敏結(jié)構(gòu)，允許傳感器在較寬的壓力范圍內(nèi)保持高線性度和高一致性，并具有快速響應(yīng)時(shí)間、快速恢復(fù)時(shí)間、優(yōu)良的穩(wěn)定性和穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。同時(shí)，這一結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的柔韌性，使觸覺皮革器件更好地共形貼裝于機(jī)器人體表。
進(jìn)一步，該研究以Tet-Net卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為骨干網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合深度可分離卷積、多尺度特征提取模塊、非對稱卷積塊等，建立了接觸物體識別殘差網(wǎng)絡(luò)和基于注意力機(jī)制的交互手勢識別殘差網(wǎng)絡(luò)，識別了接觸不同物體的硬度材質(zhì)用于碰撞預(yù)警以及判斷人手交互意圖，準(zhǔn)確率分別為95%和98.48%。同時(shí)，機(jī)器人可根據(jù)人的交互意圖，完成物體抓取和搬運(yùn)等操作。
上述成果證實(shí)了電子皮膚技術(shù)可提升機(jī)器人人機(jī)交互的安全性和自然性，展現(xiàn)了柔性印刷式觸覺皮革器件在人機(jī)交互領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
研究工作得到重慶市和西藏自治區(qū)等的支持。
論文鏈接
電子皮膚系統(tǒng)
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