电子皮肤驱动的智能机器人精细触觉技术

随着机器人技术与新一代信息技术、传感技术、新材料等深度融合，机器人产业的发展重心逐步从以控制为主的传统工业机器人拓展到具有高度感知能力的智能机器人。智能机器人的核心发展方向在于开发机器人与人、机器人与机器人、机器人与环境的高度交互功能，大幅提升机器人的智能交互水平，促进机器人与人类的和谐共处、合作互补，更好地服务于人类。电子皮肤作为机器人触觉实现的核心组成部分，对于提升机器人的智能水平至关重要。但目前的电子皮肤研究主要集中在压力或应变传感等简单的触觉功能，缺乏在触摸目标物体时对真实世界感知和识别的精细触觉能力。

相比之下，人类的皮肤，尤其是指尖的触觉更加精细和灵敏，不仅能感知和估量物体的重量，还能帮助识别接触到的物体的纹理、粗糙度和形状等参数。因此，亟需发展电子皮肤的精细触觉功能，赋予机器人类似于人类皮肤的触觉能力，加速机器人的高度智能化进程。这对于提升我国机器人产业的核心竞争力，提高相关产品的附加值具有重要意义。

人类的精细触觉能力取决于皮肤中慢感受器和快感受器对压力和振动刺激的灵敏捕获。为模仿人类的精细触觉机制，本研究团队通过在材料和结构上的创新，成功地在电子皮肤中集成了皮肤中慢感受器和快感受器的检测功能，实现对静压和高频振动刺激的双重感知。这种电子皮肤拥有400 Hz的频率带宽和0.02 Hz的频率分辨率，可检测到15 μm间距和6 μm高度的微小结构，展现出优异的时空动态分辨性能。配备这种电子皮肤的机械手在任意滑速和压力条件下，对20种纹理相似的织物能够获得约99%的识别准确度，远高于手指的纹理识别能力（约78%），本项目为智能机器人的精细触觉功能提供了一种领先的技术解决方案，同时对增强现实/虚拟现实（AR/VR）以及残疾人触觉恢复等多个领域都具有重要的意义。相关研究成果已发表在国际顶级期刊《Nature Communications》上，标志着在该领域的重要进展。

（1）智能机器人的精细触觉技术

在智能机器人的研究中，精细触觉技术是实现其高度智能化的重要技术。通过模拟人类的触觉机制，本项目致力于实现机器人具备高精度的触觉感知能力。通过结合先进的传感器技术和数据处理算法，使机器人能够对外部环境进行高度敏感的触觉感知，实现对静态和动态刺激的双重检测与识别。这一技术的突破将极大地提升机器人在复杂环境中的操作能力，为其在服务、制造和协作等领域的应用打开新的可能性。

（2）先进柔性传感器的制造及加工技术

本项目基于高精度3D打印技术以及纳秒激光切割技术一体化的制造工艺，实现柔性电子皮肤的阵列化及微型化的规模化制造，为其他柔性多功能传感器的制造提供技术支持。其中，纳秒激光加工速度快、精度高，有助于实现传感器的快速全集成、批量化加工，具有较大的成果转化潜力。