用于机器人应用的基于软聚合物的触觉传感器

为了有效地处理日常任务，机器人应该能够检测周围物体的属性和特征，以便能够相应地掌握和操作它们。人类自然地利用自己的触觉来实现这一点，因此机器人专家一直在努力为机器人提供类似的触觉感应能力。

香港大学的一组研究人员最近开发了一种新的软触觉传感器，可以让机器人检测他们所抓握的物体的不同属性。该传感器在arXiv上预先发表的一篇论文中提出，由两层编织光纤和自校准算法组成。

“尽管在机器人应用中存在许多柔软且符合要求的触觉传感器，能够解耦法向力和剪切力，但接触物体的大小对力校准模型的影响通常被忽视，”Wentao Chen，Youcan Yan和他们的同事在他们的论文中写道。

“利用接触力可以从软光纤芯中的光功率损失中获得的原理，我们提出了一种软触觉传感器，通过设计嵌入软弹性体的双层编织聚合物光纤各向异性结构，可以解耦法向力和剪切力，并根据物体尺寸校准测量结果。”

从本质上讲，该团队提出的触觉传感器在不同方向变形时会产生各向异性的响应。然后通过线性校准算法处理该响应，该算法将光纤发出的信号直接映射到与传感器接触的物体的大小，并将力校准到物体的大小。

Chen, Yan和他们的同事在一系列现实世界的实验中评估了他们的传感器，将其集成在机械臂的尖端。在这些初步测试中，传感器取得了非常有希望的结果，因为它可以测量物体的大小，并以良好的精度测量物体的法力和纯粹力。

Chen, Yan和他们的同事在他们的论文中解释说:“通过校准机械臂尖端的传感器，我们表明机器人可以在所有方向的0-2N传感范围内，以0.15N的法向力，0.17N的剪切力，0.18N的剪切力重建力矢量，在5-12mm的测试压头直径范围内，物体尺寸测量的平均精度为0.4mm。”

“结果突出了各向异性双层光纤结构和柔性PCB的硬件设计以及校准算法所实现的精确测量。”

与过去开发的其他人工触觉系统相比，研究人员的软传感器不依赖于数据驱动的人工智能(AI)模型，后者对计算的要求很高，通常需要大量的训练。这使得它更容易大规模实施，因为它的制造过程也相对容易和低成本。

在未来，这种基于聚合物的新型传感器可以在更广泛的机器人上进行集成和测试，以进一步验证其在现实世界实验中的性能。此外，研究人员还计划进一步改进其设计，例如加入额外的光纤层或以不同的方式排列光纤层以解码额外的触觉信息。