具有高時(shí)空分辨率的機(jī)器人感知系統(tǒng)用于紋理識(shí)別

南方科技大學(xué)郭傳飛課題組研發(fā)了一種基于柔性滑覺傳感的機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)用于紋理識(shí)別。該傳感器中，表面的指紋結(jié)構(gòu)和傳感器中的微結(jié)構(gòu)層對傳感性能起到關(guān)鍵作用。


團(tuán)隊(duì)采用摩方精密nanoArch®S130（精度：2μm）3D打印設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了類指紋結(jié)構(gòu)模板和分級(jí)微結(jié)構(gòu)模板的高精度打印，并結(jié)合倒模技術(shù)制備了柔性PDMS人工指紋（周期：350 μm，高度：260μm）和具有分級(jí)微結(jié)構(gòu)的離子凝膠（周期：200μm，高度: 55μm）。

這種應(yīng)用需要傳感器具備高靈敏和快響應(yīng)的性能，以實(shí)現(xiàn)對微小的結(jié)構(gòu)起伏（高度）和精細(xì)的結(jié)構(gòu)間距產(chǎn)生響應(yīng)。團(tuán)隊(duì)選擇了低粘度離子凝膠，并結(jié)合分級(jí)離-電傳感界面的設(shè)計(jì)，使滑覺傳感器具有高靈敏度（519kPa-1）和超快的響應(yīng)-弛豫速度（2.4ms），可同時(shí)檢測靜壓和高達(dá)400 Hz的高頻振動(dòng)。此外，傳感器能夠探測出周期為15μm、高度為6μm的微小結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出優(yōu)異的空間分辨率。在400Hz的高頻振動(dòng)下，柔性滑覺傳感器能夠區(qū)分出0.02Hz的頻率變化，頻率分辨率達(dá)0.005%。這種非常高的時(shí)空分辨率使滑覺傳感器能夠準(zhǔn)確區(qū)分具有緊密間距的微小表面特征，這對機(jī)器人在紋理識(shí)別方面具有重要意義。