中國科學技術(shù)大學工程科學學院、人形機器人研究院董二寶副教授課題組聯(lián)合香港城市大學于欣格副教授團隊，于11月15日在國際著名期刊《國家科學評論》（National Science Review）上在線發(fā)表了題為“A tactile perception method with flexible grating structural color”的研究論文。該研究工作提出了一種基于柔性光柵結(jié)構(gòu)色的觸覺感知新方法，在觸覺傳感器的觸點定位分辨率和力識別精度等綜合性能上實現(xiàn)了重要突破，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

觸覺傳感器是機器人執(zhí)行復(fù)雜精細操作的關(guān)鍵核心部件之一。近年來，隨著機器視覺技術(shù)的快速發(fā)展，基于視覺識別原理的觸覺傳感器（也被稱為視觸覺傳感器）成為觸覺感知領(lǐng)域的重要研究方向。然而，現(xiàn)有的視觸覺傳感器主要依賴幾何光學信息或標記跟蹤技術(shù)，其觸點力位識別感知的分辨率和精度受到了嚴重制約。針對這一難題，研究團隊受仿生結(jié)構(gòu)色現(xiàn)象的啟發(fā)，創(chuàng)新性地采用柔性光柵薄膜在白光照射下形成的結(jié)構(gòu)色圖案作為觸覺表征信息，并結(jié)合深度學習算法進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)了接觸點的高靈敏、高分辨率感知。實驗結(jié)果表明，這種基于柔性光柵結(jié)構(gòu)色的視觸覺感知方法能夠充分利用結(jié)構(gòu)色圖案中蘊含的豐富觸覺表征信息，在觸點定位的空間分辨率和法向力識別精度方面顯著優(yōu)于當前的視觸覺感知技術(shù)，并在綜合性能上取得了突破性提升。

圖1.基于柔性光柵結(jié)構(gòu)色的觸覺感知方法示意圖

此外，基于柔性光柵結(jié)構(gòu)色的觸覺感知方法展現(xiàn)了卓越的可拓展適用性。研究團隊基于核心組件的模塊化設(shè)計，進一步開發(fā)了面向三種典型場景應(yīng)用的傳感器原型：一款高靈敏度振動傳感器，能夠精準檢測低頻振動信號；一款仿生觸須傳感器，能夠靈敏感知低頻振動和氣流擾動；以及一套具備環(huán)向三維接觸感知能力的內(nèi)窺鏡觸覺傳感系統(tǒng)。實驗進一步驗證了該觸覺感知方法在機器人感知、環(huán)境監(jiān)測和醫(yī)療器械等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用潛力，為智能感知技術(shù)的發(fā)展提供了全新的研究思路和技術(shù)途徑。

圖2.該觸覺感知方法的擴展應(yīng)用原型示例

中國科學技術(shù)大學工程科學學院精密機械與精密儀器系博士生邱宇澤為論文第一作者，中國科學技術(shù)大學董二寶副教授和香港城市大學于欣格副教授為論文通訊作者，中國科學技術(shù)大學張世武教授和鄭津津教授為論文共同作者。該研究工作得到國家自然科學基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費等項目支持。

論文鏈接：https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwae413/7901371