基于摩擦电传感的人工触觉智能手指可识别不同材质材料

智能手指能够以 90% 的准确率识别表面材质的不同物理特征

北京纳米能源与纳米系统研究所的研究人员开发了一种“智能手指”，它能够使用“摩擦电”传感器识别材料，测试其获得或失去电子的能力，并确定其粗糙度等其他特性，没有造成损坏的风险。该团队发表在《科学进展》杂志上，描述了他们如何开发摩擦电智能手指。

人类在与周围环境直接接触或交流时，将触觉反馈作为一种基本的感官功能。

先前的研究已经开发出能够识别某些表面的某些属性（例如压力或温度）的机器人手指，这项新工作的团队通过增加识别材料的能力进一步努力。

开发智能手指

近年来，人们做出了各种努力来设计能够基于各种策略识别材料的传感器或设备，例如计算机视觉、热导率、超声波等。因此，计算机系统和机器人越来越精通于与他们周围的世界互动，但他们也需要一种触觉才能充分发挥其潜力。

在对塑料、木材、硅和玻璃等不同数量的样品进行测试时，智能手指的平均准确度为 96.8%，所有材料的准确度至少为 90%。

该系统将基于机器学习的数据分析与四个小型方形传感器集成在一起，每个传感器均由一种不同的塑料聚合物制成，该塑料聚合物是根据其导电特性而专门选择的。传感器装在一个类似手指的外壳中，因此得名“智能手指”。

当传感器与物体表面接触时，来自每个方格的电子开始以不同的方式与物体表面相互作用，然后研究小组就能够对其进行测量。

每个传感器都连接到处理器和有机发光二极管 (OLED) 屏幕，突出显示正在评估的材料类型。实际上，研究人员能够使用摩擦电效应量化触觉心理参数，这可以在模拟人类触觉感知方面树立新的范式。

材料粗糙度的精准识别

通常，在识别材料的质地和粗糙度时，在触觉感知的心理层面上精确量化材料参数可能是一项挑战。研究人员开发的智能手指还使用机器学习来帮助改善机制中的摩擦电触觉感知，并帮助此类系统的人类用户。

此外，该团队报告称，他们已经开发出一种超越人类触觉感知的智能手指，通过摩擦电传感和机器学习的集成，能够准确识别材料类型和粗糙度。

他们声称智能手指在感应材料表面时至少有 90% 的准确度，这表明该技术在自动化机器人制造任务中具有潜在用途，包括材料分拣和质量控制评估。

研究人员建议，如果他们的手指要在工业环境中使用，它可以直接连接到控制机构。他们还建议它可以用来测试产品，以确保它们符合制造标准。他们还指出，这样的手指也可以用于全尺寸的人类机器人，增加其功能。他们指出，他们手指背后的技术可能会被用于假肢设备，以帮助失去这种能力的人恢复一定程度的触觉。

现实世界和未来场景

在现实世界的场景中，处理器可以直接集成到制造控制机制中。然后，智能手指可以执行质量控制检查并确定产品是否符合制造标准。

除了工业/制造环境，智能手指还可以用于假肢，作为具有触觉的机器人肢体，以增强操作技术和物体的处理。

该团队还打算将其他传感器引入系统，包括压力、温度和湿度传感器，以帮助改进触觉模拟。