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香港科技大学开发出新型F3T传感器为机器人触觉感知带来突破

盖世汽车 Elisha 2025-05-31 10:49:39

核心提示：F3T传感器的设计灵感源自人体皮肤的分层结构，在其四层结构中集成了多种材料和传感机制，从而实现突破性改进。

盖世汽车讯据外媒报道，香港科技大学（The Hong Kong University of Science and Technology）等机构的研究人员开发出创新软触觉单元——F3T传感器，能够用数学方法解耦三维（3D）力和温度测量值。这是在机器人触觉感知方面迈出的重要一步。

（图片来源：香港科技大学）

人类皮肤能够自然区分接触力与环境温度刺激，而现有软触觉传感器往往难以准确区分这些信号，这限制了它们在更复杂机器人任务中的应用。F3T传感器的设计灵感源自人体皮肤的分层结构，在其四层结构中集成了多种材料和传感机制，从而实现突破性改进。

顶层是基于离子凝胶的薄膜，能够感知温度。随着温度的变化，凝胶内部聚合物链之间的间距会发生变化，这会改变电阻，有助于实现精确且独立的温度检测。在该层下方，圆形同轴磁膜与浮动式多层电容器相结合，能够在所有方向上对法向力与切向力实现物理分离。第三层为另一浮动电容器，仅响应法向力，可有效滤除切向力干扰。底层则采用刚性印刷电路板（PCB），承担结构支撑和信号处理功能。内部的硅胶弹性体模拟皮肤的皮下组织结构，既可缓冲外部冲击，又能稳固固定各组件。

得益于多层结构的协同作用，F3T传感器实现了对温度、法向力及多方向切向力的精准判别。当传感器与物体接触时，其接收的复合信号将分阶段处理：首先，离子凝胶层完成温度信号的解耦与读取；随后，浮动电容器和磁性薄膜分别对法向力和切向力进行分离测量。

性能测试结果令人鼓舞。即使在不同的外力作用下，传感器的温度读数仍保持稳定，其法向力与切向力测量均达到高精度水准。该传感器还能快速响应动态变化。在静态和动态测试中，F3T传感器的表现均优于传统传感器。在静态场景下，其3D力与温度测量的误差极低；在动态测试中，配备该传感器的机器人夹持器能够适应外部干扰并保持稳定的抓握性能。

该传感器在实际应用中也表现出色。在自动化化学反应过程中，可帮助机器人精确控制加热温度与振荡幅度。在人机交互“递茶”任务中，它使机器人能够感知人类意图，并平稳地递送茶杯。

F3T传感器展现出巨大的潜力，但仍存在优化空间，尤其是在增强层间附着力、确保性能一致性，以及最大限度地减少温度反馈延迟方面。尽管如此，其现有性能表明，该传感器可以在一系列任务中使机器人系统更具适应性和响应能力。