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  機器觸覺系統在智能機器人等領域有十分重要的應用前景�；谌嵝詡鞲嘘嚵械娜斯び|覺是機器觸覺領域的前沿和熱點研究方向�；谒z的應力應變傳感器具有柔軟可拉伸、仿形度高、貼附性好等優點，可感知力、溫度等刺激，成為近年來柔性仿生人工觸覺研究的熱點。然而，水凝膠受熱易失水、受凍易結冰，在高低溫等惡劣環境下工作時，往往會喪失傳感性能和機械性能；在長期動態載荷下，水凝膠內部結構易破壞，導致機械性能遲滯(Hysteresis)現象，使得傳感信號延遲和失真。因此，研究和開發低遲滯、耐高低溫的凝膠材料，使其在高低溫環境中保持穩定的可拉伸性、韌性以及傳感特性，是仿生柔性人工機器觸覺研究和發展亟待解決的關鍵科學問題。

圖1 低遲滯高韌性有機水凝膠的結構和力學性能。

圖2 有機水凝膠的應變和應力傳感靈敏度和穩定性。

  該凝膠采用甘油-水二元溶劑體系，顯著降低了冰點和蒸汽壓，使有機水凝膠在低溫下不結冰、高溫下幾乎不失水。DSC研究結果表明，凝膠在-100°C~0°C范圍凝膠不結冰。在60°C，凝膠的保水率達60%以上。因此，在-18 °C和60 °C環境下，凝膠保持優異的柔韌性（圖3a,b）和應力應變傳感性能；循環拉伸100次，凝膠傳感基線和信號保持穩定（圖3c,d）。

圖3 有機水凝膠在高低溫環境中保持優異的柔性和傳感魯棒性。

  該團隊探索了有機水凝膠應變和應力傳感陣列在機器人運動感知、手勢識別和抓握感知等方面的應用。為了實時監測機械手的運動過程，在手指背安裝應變傳感陣列（圖4a），每根手指的運動導致凝膠傳感器拉伸變形、電導率/電阻率變化，產生手指運動狀態信號（圖4b），信號強度反映了手指的彎曲程度，通過五個通道分別采集五根手指的運動，綜合分析信號特征，可識別機械手的運動和手勢（圖4c）。

圖4 有機水凝膠應變和應力傳感陣列用于機械手運動監測和物體感知。

圖5 機器學習輔助的人工觸覺用于物體形狀識別。

  該研究工作通過簡單的材料結構設計獲得了高強韌、低遲滯的有機水凝膠，解決了水凝膠易失水、易結冰、結構破壞而導致喪失性能的難題，使有機水凝膠傳感器能夠在高低溫下長期穩定工作，初步驗證了基于該凝膠構建人工觸覺的可能性，為研制高性能、長壽命人工機器觸覺、推動其在新一代智能機器人領域的應用提供了重要的思路。

  全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202408193