人工传感器如何模拟人体触觉

据麦姆斯咨询报道，来自韩国大邱庆北科技学院（DGIST）的研究人员开发出一种人工触觉传感器，可以模仿人体皮肤的功能来探测物体表面的信息，如形状、图案和结构。这可能使距制造出具有感知粗糙度和平滑度等感觉的电子设备和机器人，又更近了一步。

“模仿人类的感官是工程学里最受欢迎的研究领域之一，但是触觉很难复制，” DGIST的工程师Kwonsik Shin说。（Kwonsik Shin也是该项研究发表在IEEE/ASME Transactions on Mechatronics期刊的第一作者）人类不仅能感知环境的多种物理特性，如压力、温度、振动、张力和剪切力，还能同时感测心理感觉参数，如粗糙度、平滑度、坚硬度和疼痛度。探测精确的表面信息是复制触觉心理感觉关键的第一步。为了应对这一挑战，DGIST的研究人员与来自ASML韩国分部、东国大学（首尔）、成均馆大学和牛津大学的同仁合作。

他们开发了一种能够高精度测量表面纹理的设备。该传感器由压电材料制成——一类敏感性极高的材料，在受到应力作用时会在两端产生相应的电压差。这类材料具有与皮肤相似的属性。新的传感器与现有的人工传感器相比，具有几个优点。首先，它可以通过触摸和滑动来探测信号。这模仿了人类感知表面特征的两种方式：通过戳它或用手指在它表面滑动。

而大多数人工传感器只使用单一的方法。其次，它由一系列多个感受器组成，这意味着可以利用两个感受器信号之间的时间间隔和它们之间的距离来计算滑动速度。而大多数机器人手指使用单个感受器，且需要额外的速度计。研究人员通过在传感器表面按压各种形状的印模，像正方形、三角形或圆顶等，来测试他们的传感器。

他们还在传感器上添加了柔性的材料，来看看它是否可以测量深度，从而实现三维（3D）感知。传感器可以根据印模的形状产生不同的电压。结果表明，该传感器具有较高的空间分辨率，能够高精度地表现某些物体的表面特征，如宽度和间距。但是，目前该传感器无法完美地辨识3D形状。将来，该传感器可以集成到电子设备中，例如机器人或智能手机，以提高它们探测表面纹理的能力。