三維力自解耦：低成本機(jī)器人“皮膚”引領(lǐng)未來(lái)科技革新

通過(guò)設(shè)計(jì)正交磁化的Halbach陣列實(shí)現(xiàn)三維力的自解耦

原標(biāo)題：低成本機(jī)器人“皮膚”登上Nature子刊：實(shí)現(xiàn)三維力的自解耦，來(lái)自法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心&香港大學(xué)
文章來(lái)源：量子位
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柔性觸覺(jué)傳感器的創(chuàng)新研究

觸覺(jué)是人類(lèi)與外部環(huán)境互動(dòng)的重要感知形式。科學(xué)家們正在研發(fā)柔性皮膚，以賦予機(jī)器人更靈巧的操作能力。近期，來(lái)自法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心（CNRS）和香港大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新型柔性觸覺(jué)傳感器，旨在實(shí)現(xiàn)三維力的自解耦，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)與標(biāo)定過(guò)程。

研究背景與挑戰(zhàn)

現(xiàn)有的柔性觸覺(jué)傳感器在結(jié)構(gòu)和制造上較為復(fù)雜，需要大量的校準(zhǔn)，限制了其廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)傳感器通常基于壓阻或電容技術(shù)，這些技術(shù)在實(shí)現(xiàn)三維力解耦方面面臨巨大挑戰(zhàn)。為此，研究者們開(kāi)發(fā)了一種基于正交磁化Halbach陣列的柔性磁膜傳感器，能夠有效降低標(biāo)定復(fù)雜度。

自解耦三維觸覺(jué)傳感器的原理

該傳感器的主要結(jié)構(gòu)包括柔性磁膜、彈性硅膠和PCB電路板（配備霍爾傳感器）。在外力作用下，磁膜變形導(dǎo)致霍爾傳感器測(cè)得的磁場(chǎng)信息變化，經(jīng)過(guò)解耦算法可轉(zhuǎn)換為三維力信息。研究表明，通過(guò)正交疊加的Halbach陣列，可以實(shí)現(xiàn)三維力的自解耦，顯著簡(jiǎn)化了傳感器的結(jié)構(gòu)與標(biāo)定流程。

應(yīng)用實(shí)例

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了不同形狀和靈敏度的傳感器，用于多個(gè)實(shí)際應(yīng)用。首先，他們測(cè)量人工膝關(guān)節(jié)的三維力分布，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示傳感器能實(shí)時(shí)提供準(zhǔn)確的力分布數(shù)據(jù)。其次，研究人員將觸覺(jué)傳感器應(yīng)用于機(jī)器人制作咖啡的過(guò)程中，通過(guò)直接與傳感器交互實(shí)現(xiàn)了更直觀的示教方式，無(wú)需傳統(tǒng)的示教按鈕。

未來(lái)的應(yīng)用前景

研究者還展示了柔性PCB基底的傳感器在健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，如監(jiān)測(cè)膝蓋支架與腿部的接觸力。該研究為低成本的三維力觸覺(jué)傳感提供了新的思路，未來(lái)可望與視覺(jué)反饋和AI算法結(jié)合，進(jìn)一步提升機(jī)器人智能化水平。

相關(guān)研究成果已發(fā)表在《Nature Machine Intelligence》上，展示了該傳感技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用潛力。