本工作提出了一種可編程事件驅(qū)動(dòng)（Programmable and event-driven，PED）觸覺(jué)傳感器，模仿人體皮膚多層次機(jī)械感受器的響應(yīng)機(jī)制，采用梯度金字塔超表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同強(qiáng)度壓力的高精度感知。通過(guò)逐級(jí)觸發(fā)不同高度的微結(jié)構(gòu)單元，有效調(diào)控上下敏感層接觸面積，賦予器件優(yōu)越的壓力解耦與事件驅(qū)動(dòng)特性，實(shí)現(xiàn)了壓力強(qiáng)度的連續(xù)編碼，顯著延緩信號(hào)飽和的發(fā)生。PED觸覺(jué)傳感器展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，最大靈敏度達(dá)2501?kPa?1，檢測(cè)范圍覆蓋至420?kPa，較傳統(tǒng)均勻微結(jié)構(gòu)接口分別提升了350%和300%；同時(shí)具備極低的壓力檢測(cè)限（2?Pa）與快速響應(yīng)時(shí)間（12?ms），可靈敏識(shí)別微弱壓力變化及高頻動(dòng)態(tài)輸入，展現(xiàn)出卓越的實(shí)時(shí)觸覺(jué)感知能力。在應(yīng)用層面，本工作集成分布式PED觸覺(jué)傳感器構(gòu)建了具備空間分辨能力的物體識(shí)別系統(tǒng)，通過(guò)一維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)抓取信號(hào)進(jìn)行特征提取，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)97.2%的物體輪廓識(shí)別準(zhǔn)確率。此外，基于PED觸覺(jué)傳感器開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)手套交互系統(tǒng)有效突破了傳統(tǒng)手柄交互的視覺(jué)遮擋與功能受限問(wèn)題，支持多指精細(xì)控制與雙向觸覺(jué)通信，顯著增強(qiáng)了虛擬環(huán)境中的沉浸感與真實(shí)感。進(jìn)一步地，通過(guò)引入了基于實(shí)時(shí)壓力反饋的自適應(yīng)抓取機(jī)制，使機(jī)械手能夠動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)抓取策略，實(shí)現(xiàn)無(wú)需人工干預(yù)的高精度、無(wú)損抓取操作。
圖1 PED觸覺(jué)傳感器的仿生啟發(fā)和傳感機(jī)制研究
圖2 PED觸覺(jué)傳感器的關(guān)鍵力電性能測(cè)試
圖3 融合事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制的觸覺(jué)認(rèn)知系統(tǒng)用于高精度物體識(shí)別
圖4 基于數(shù)據(jù)手套的觸覺(jué)閉環(huán)系統(tǒng)賦能虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互
圖5 具有情感反饋的自適應(yīng)機(jī)器人抓取系統(tǒng)
相關(guān)研究成果以“Highly programmable haptic decoding and self-adaptive spatiotemporal feedback toward embodied intelligence” 為題發(fā)表在Advanced Functional Materials（2025, 10.1002/adfm.202500633）期刊上。論文的第一作者為廈門(mén)大學(xué)博士生林萬(wàn)勝，通訊作者是廈門(mén)大學(xué)廖新勤副教授。該項(xiàng)研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、福廈泉自主創(chuàng)新示范區(qū)協(xié)同項(xiàng)目、福建省自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目的資助。
論文信息：Wansheng Lin, Yijing Xu, Shifan Yu, Huasen Wang, Zijian Huang, Zhicheng Cao, Chao Wei, Zhong Chen, Zeliang Zhang, Zhenyu Zhao, Qingliang Liao, Yuanjin Zheng, and Xinqin Liao*. Highly programmable haptic decoding and self-adaptive spatiotemporal feedback toward embodied intelligence. Advanced Functional Materials 2025, 35: 2500633. (IF=18.5，一區(qū)TOP)
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202500633
