中美研究员提出媲美人类手指的高分辨率精细纹理柔性传感AR/VR触觉系统
能够以类似于人类手指的高分辨率识别精细纹理
（映维网Nweon 2023年11月27日）南方科技大学、西安电子科技大学和休斯顿大学的研究人员日前提出了一种人工感官系统，而它能够以类似于人类手指的高分辨率识别精细纹理，如灯芯绒和羊毛。团队表示，相关发现有助于提高机器人和假肢的微妙触觉能力，并在未来应用于虚拟现实。
机器人技术对触觉的需求日益增长，而这种功能通常是通过基于柔性触觉传感器的人工感官系统来实现。现有的柔性触觉传感器大多专注于精确检测物理刺激，包括压力、剪切力和应变。然而，人工传感器在接触目标对象时往往缺乏感知和识别真实世界的能力。相比之下，人类的皮肤能够帮助感知和识别接触到的对象，尤其是指尖。
生物触觉感知涉及对静压和高频振动的检测：皮肤中的慢适应感受器响应静态压力，而快适应慢适应感受器响应细微变化的动态压力。丰富的频率信息为理解交互的特征和识别目标对象提供了新的维度。一个典型的例子是，人类可以通过将指尖轻轻滑过具有表面特征的纹理的物体识别盲文字母或纺织品类型。
感知和识别精细表面特征的关键挑战在于，在柔性触觉传感器中难以实现静态压力和振动检测的高灵敏度和快速响应弛豫速度，因为传感器需要在与微小表面特征交互时对弱刺激作出反应。并且解析表面特征的特征间隔或检测高频和微小振动。
现有的指尖传感技术很难在单个传感器中平衡这两种特性。所以，人工感官系统通常使用两个传感器（以及收集和处理不同类型信号的两个电路），一个用于检测静压，另一个专门用于检测振动。另外，感知性能与识别能力之间的关系尚未完全清晰。
在研究中，南方科技大学、西安电子科技大学和休斯顿大学的研究人员提出了一种基于单个柔性传感器的实时视觉人工感官系统，并引入时空分辨率作为决定感官系统纹理识别能力的标准。
所述传感器采用具有纳米级电容信号电荷分离的可调谐双电层，可产生高达519 kPa-1的超高灵敏度，而且它具有低至15 μm宽度和6 μm高度的空间分辨率。同时，低粘度离子材料的选择以及微结构设计使传感器能够快速响应高达400 Hz的高频振动，高频分辨率为0.02 Hz。
高时空分辨率允许滑动传感器区分微小的表面特征与紧密的间隔。实验结果表明，这个实时传感系统可用于20种不同纺织品的分类，平均识别准确率为98.6%，并且可在可视化界面实时显示。
相关论文：A robotic sensory system with high spatiotemporal resolution for texture recognition
研究人员表示，未来的研究有助于提高机器人的感知能力、人工假肢患者的感觉恢复、以及基于触觉的虚拟现实。
