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  生物進(jìn)化產(chǎn)生了具有多種感知功能的感覺(jué)器官，使其能夠感知環(huán)境信息和追捕獵物，從而提高在各種環(huán)境下的生存能力。其中，對(duì)多維度機(jī)械力的觸覺(jué)感知能力使人類等動(dòng)物可以完成復(fù)雜的操作任務(wù)，因此，各種各樣的仿生觸覺(jué)傳感器在柔性電子、人機(jī)交互和人工智能等領(lǐng)域得到應(yīng)用。近年來(lái)，基于磁場(chǎng)的觸覺(jué)傳感器僅靠單傳感器就實(shí)現(xiàn)了多維度力感知，其發(fā)展?jié)摿Φ玫搅藦V泛關(guān)注，但現(xiàn)有研究也只能實(shí)現(xiàn)二維解耦感知或者是依靠大量的標(biāo)定和機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)三維力感知，裝配過(guò)程中的微小偏移即會(huì)失效，限制了磁觸覺(jué)傳感器的應(yīng)用拓展。

  針對(duì)上述問(wèn)題，浙江大學(xué)趙朋教授/張承謙博士課題組報(bào)道了一種具有三維力解耦感知能力的磁觸覺(jué)傳感器。通過(guò)建立三維力-磁場(chǎng)解耦理論模型，開(kāi)發(fā)了高穩(wěn)定的柔性磁體向心磁化設(shè)計(jì)與折疊充磁方法，使得該磁觸覺(jué)傳感器僅依靠單霍爾傳感器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)三軸力的解耦感知。該工作還充分利用磁場(chǎng)無(wú)線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)行了分體式設(shè)計(jì)，并開(kāi)展了水下流速感知的拓展應(yīng)用，展示了在封閉或者密封性要求極高的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)感知的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。相關(guān)研究成果以“Split-type magnetic soft tactile sensor with three-dimensional force decoupling”為題發(fā)表在《Advanced Materials》上并入選了當(dāng)期彩頁(yè)推薦（Frontispiece），浙江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院趙朋教授和交叉力學(xué)中心張承謙博士為論文共同通訊作者，碩士生戴煌哲和張承謙博士為論文共同第一作者，論文作者團(tuán)隊(duì)成員均來(lái)自浙江大學(xué)流體動(dòng)力基礎(chǔ)件與機(jī)電系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

圖1 傳感器的基本結(jié)構(gòu)和功能

圖3 自適應(yīng)抓握與搖桿操控應(yīng)用

圖4 剪切感知特化實(shí)現(xiàn)流速感知

圖5 流速測(cè)量的導(dǎo)航應(yīng)用

  綜上，該論文報(bào)道了一種具有三維力解耦感知能力的磁觸覺(jué)傳感器，通過(guò)建立三維解耦理論模型、開(kāi)發(fā)向心充磁方式實(shí)現(xiàn)了三軸解耦的力觸覺(jué)感知，并利用磁傳感無(wú)線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)實(shí)現(xiàn)傳感器的分體式流速感知與導(dǎo)航應(yīng)用。該傳感方案使觸覺(jué)傳感器具有媲美人類皮膚的感知維度，解耦方法使得即使磁體在裝配過(guò)程中發(fā)生偏移依舊無(wú)需對(duì)傳感器進(jìn)行重新標(biāo)定，大大提高其批量生產(chǎn)與應(yīng)用的能力，而且，充分展示了其在機(jī)器人仿人觸覺(jué)感知、人機(jī)交互等領(lǐng)域以及深海極端環(huán)境下流場(chǎng)感知的應(yīng)用潛力。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202310145

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