科研進展
重慶研究院在皮革基印刷式器件應(yīng)用于機器人智能交互皮膚研究中取得進展
時間：2024-12-05編輯：機器人技術(shù)與系統(tǒng)研究中心
近年來，電子皮膚作為一種新興的柔性傳感器件，以其仿皮膚的結(jié)構(gòu)和功能，在健康醫(yī)療、觸覺反饋仿生電子、機器人等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用價值，受到學(xué)者的廣泛關(guān)注。特別是在機器人觸覺感知方面的作用尤為關(guān)鍵，電子皮膚不僅提供了人-機-物交互的橋梁，更通過其獨特的觸覺通道，賦予了機器人更為豐富的感知能力，在提高人機交互的舒適性和安全性方面展現(xiàn)出巨大潛力。為了在復(fù)雜環(huán)境中準(zhǔn)確感知并響應(yīng)，需要電子皮膚擁有超寬量程、高線性度、高一致性等特性。普遍采用技術(shù)路徑是印刷電子技術(shù)，具有印刷成本低、周期短、可實現(xiàn)批量化生產(chǎn)、適應(yīng)性強等優(yōu)點，為電子皮膚的制造提供了新的可能性，成為了規(guī)?；圃祀娮悠つw的優(yōu)選技術(shù)。
近日，中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院機器人技術(shù)與系統(tǒng)中心在《Nano Energy》期刊發(fā)表了題為“Leather-Based Printed Tactile Sensor Array for Robotic Interactive Skin”的論文。該研究發(fā)展了一種新型的皮革基微結(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（0-4.5 MPa）內(nèi)仍保持高線性度（99.30%）和高一致性（99.98%）。還具有快速響應(yīng)時間（10 ms）、快速恢復(fù)時間（＜10 ms）、優(yōu)良的穩(wěn)定性（~7500循環(huán)）和穩(wěn)定的動態(tài)響應(yīng)性能。同時，其優(yōu)異的柔韌性使該觸覺皮革器件更好地共形貼裝于機器人體表。此外，使用了Tet-Net卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為骨干網(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)(COR-Net)和基于注意力機制的交互手勢識別殘差網(wǎng)絡(luò) (IGR-Net) ，成功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%，機器人可以根據(jù)人的交互意圖完成物體抓取和搬運等操作。該項研究證實了電子皮膚技術(shù)可大大提升機器人人機交互的安全性和自然性。
機器人技術(shù)與系統(tǒng)中心研究生張冰雪為論文第一作者，魏大鵬研究員為論文通訊作者。該研究結(jié)果展示了柔性印刷式觸覺皮革器件在人機交互領(lǐng)域巨大的應(yīng)用潛力，得到了重慶市科技局、西藏自治區(qū)科技廳和重慶市人才計劃等項目的支持。
相關(guān)論文鏈接：?https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110379
電子皮膚系統(tǒng)
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