中国科大研制“仿鱼鳞”传感器 赋予机器人“类人触觉”

市场星报、安徽财经网(www.ahcaijing.com)、掌中安徽讯(记者 祁琳) 6月10日，记者从中国科学技术大学获悉，该校工程科学学院、人形机器人研究院王洪波研究员课题组，提出了一种基于仿鱼鳞结构电场调控的新型巨压容传感器(GPCS)，能够实现接近人类手指水平的高精度触觉感知。该传感器不仅能够识别微米级表面纹理，还可在机器人抓取过程中实时判断猕猴桃成熟度，并完成自动分拣与人机交互任务，为机器人在复杂真实环境中的精细操作与智能感知提供了新路径。

据悉，面向机器人在复杂环境下的精细操作需求，柔性传感器需要同时具备高灵敏度、宽检测范围、高速响应、优异机械耐久性以及易于制造等特点。然而，目前大多数柔性电容传感器仍难以兼顾上述性能，尤其在复杂形变感知、长期稳定性和多模态触觉识别方面存在明显限制。

受鱼类皮肤“刚性鳞片-柔性真皮”结构的启发，研究团队设计了一种仿鱼鳞电场调控膜，鳞片之间形成微米级空气间隙。这些空气间隙可作为“电场门”，在微小形变下动态调控叉指电极之间的边缘电场，从而将极其细微的机械变形转化为显著的电容变化，实现“巨压容效应”。基于该机制构建的GPCS传感器在±90°弯曲范围内可实现低至0.005°的超高分辨率，响应时间仅为0.6 ms，并在10万次循环弯曲测试后仍保持稳定性能。相比传统叉指电极结构，其弯曲灵敏度提高了177倍，同时兼具优异的机械鲁棒性，即使局部结构损伤后仍能够正常工作。

得益于超高灵敏度和高速响应能力，研究团队进一步将GPCS集成于柔性仿生手指上，实现了基于滑动触觉的表面纹理感知。为了验证其在机器人实际场景中的应用潜力，研究团队进一步将4个GPCS组成阵列并集成于柔性夹爪中，实现机器人抓取过程中的“猕猴桃成熟度”识别。