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《中国科学家研发出具有类人皮肤特征的新型磁性触觉传感器》

  • 来源专题：中国科学院文献情报生命健康领域集成服务门户
  • 编译者： 王跃
  • 发布时间：2021-03-05

  • 3月1日，香港城市大学研究人员研发出一款基于磁性薄膜，具有类人皮肤功能的触觉传感器。该传感器核心由一层柔软且经过特殊磁化处理的磁膜和嵌入在印刷电路板上的传感器组成，当有外力施加其上时，传感器可以检测到由于薄膜变形而产生的磁场变化，进而可以测量出所施加外力的大小和方向，实现如人类皮肤的自解隅（可以感知力的大小和方向）功能。实验中，安装了该传感器的机器手可成功抓取鸡蛋，以及进行穿针引线。该触觉传感器可应用于机器人自适应抓取、人机交互和模式识别等重要领域，将赋予机器人灵巧操作日常物品的能力，提高人机交互的安全性。

  • 原文来源：https://www.ic37.com/news/2021-3_290928/
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相关报告

  • 《我学者成功研发 新型触觉电子皮肤》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2019-12-13
    • 香港城市大学参与的跨院校研究团队，成功研发出一套“皮肤集成的触觉界面”系统。这套以皮肤为媒介的虚拟现实（VR）和增强现实（AR）系统，可以通过紧贴皮肤的无线致动器，将能源转换成机械动能，将触觉刺激传送到人体。该研究成果最近发表在《自然》上。 　　据介绍，虚拟与增强现实技术主要通过视觉和听觉刺激来创造体验，但相比眼睛和耳朵，皮肤是人体面积最大的感官系统，因此透过触觉感应外界环境，效果更好。 　　论文第一作者、香港城市大学生物医学工程学系助理教授于欣格博士说：“我们的目标是研发出媲美真人皮肤的电子皮肤。与市面上同类设备相比，这个新系统十分轻薄，可以紧贴皮肤，而且不需要电线和电池。” 　　这套系统采用了新的材料、结构、能量传输策略和通讯方案。研究团队将700余个功能组件组成厚度小于3毫米的柔韧皮肤器件，包括轻薄柔软且可拉伸的内层，可以紧贴皮肤；由硅胶保护的功能层，里面有无线控制系统及互相连接的致动器；透气布料外层，可直接结合到可穿戴衣物上。 　　于欣格介绍：“提供触觉震动的常规致动器，需要用100毫瓦左右的功率传输信息，但我们以射频技术（RF）供电，只需低于2个毫瓦的功率便能传输信息，并产生同等的机械震动，解决了无线低功耗能量传输的难题，显著提高了这套系统的操作距离。” 　　据了解，这项研究成果不但可应用在社交媒体及电子游戏上，也可以帮助义肢使用者透过触觉感应外在环境，提供反馈，甚至扩展到临床医学应用的相关虚拟场景。
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  • 《科学家研制出可拉伸扩展的多功能集成电子皮肤》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-02-01
    • 人体皮肤是活跃、敏感和高弹性的感觉器官，承担着保护身体、排汗、温度调节、感知冷热和压力等功能。人体躯体感觉系统能够通过皮肤中的触觉、温度、痛觉等感受器，将外界环境刺激转化为电脉冲信号，经过神经通路传导至神经中枢，从而使皮肤获得触觉、痛觉等感觉功能。基于皮肤这种多功能生物模型，科学家们开展了一门新兴学科研究 —— 触感电子学（俗称 “ 电子皮肤 ” ， Electronic skin, E-skin ），用来模仿皮肤的感觉功能如触觉、温度感知等功能。目前，电子皮肤在柔性或弹性基底上制作具备探测压力、温度或其他刺激的传感器及阵列，可感知周围环境中的各种物理、化学、生物等信号，将有助于开发新型人机接口、智能机器人、仿生假肢等智能化系统。此外，电子皮肤的重要发展趋势是多功能化与多重刺激同步监测。 　　 　　 　　近日，在中国科学院北京纳米能源与系统研究所研究员潘曹峰、中国科学院外籍院士王中林的指导下，潘曹峰课题组博士化麒麟、副研究员鲍容容等提出了一种柔性可拉伸扩展的多功能集成传感器阵列，成功将电子皮肤的探测能力扩展到 7 种，实现温度、湿度、紫外光、磁、应变、压力和接近等多种外界刺激的实时同步监测。研究人员通过微纳加工技术，制备出大倍率（ 8 倍及以上，可根据需要设计）的聚酰亚胺（ PI ）拉伸结构网络，其中包括众多传感器节点和蜿蜒拉伸结构。基于这种拉伸结构网络，多种传感器能够以二维分布式或三维叠层式结构进行多功能化集成，并且多种传感单元可独立工作而不互相影响。利用基底的可拉伸性能，可实现电子皮肤的探测面积扩张，为其进一步的功能扩展提供了便利。此外，研究人员利用这种电子皮肤制造出一种具有定制化功能集成的智能假肢，既赋予了假肢触觉功能，也使假肢具备了温度感知的能力。该研究将有助于开发新型人机接口、智能机器人、仿生假肢等智能化系统，多功能集成电子皮肤还可同步监测周边环境多种变量，用于人体健康监测等领域。
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