觸覺傳感器是智能機(jī)器人實(shí)現(xiàn)類人觸覺感知功能的核心部件之一。隨著智能機(jī)器人的快速發(fā)展，對觸覺傳感器的性能需要也日益增高，不僅需要觸覺傳感器具有柔性，能夠檢測靜態(tài)力等，而且更重要的是需要具備檢測動態(tài)力的性能，以實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人類人的高靈巧操作。相比于壓阻式、電容式等工作模式的柔性觸覺傳感器，由于壓電式柔性觸覺傳感器在機(jī)器人動態(tài)力檢測應(yīng)用中優(yōu)勢明顯，成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。但是，傳統(tǒng)壓電式柔性觸覺傳感器往往存在無法突破自身靈敏度理論極限值的問題。 
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近日，廈門大學(xué)航空航天學(xué)院機(jī)電工程系周偉教授團(tuán)隊(duì)在柔性觸覺傳感器研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，提出了可以實(shí)現(xiàn)超靈敏高頻動態(tài)力檢測的柔性觸覺傳感器工作新模式，突破了傳感器靈敏度的理論極限值并得到顯著提升，相關(guān)研究成果以“Finger-inspired rigid-soft hybrid tactile sensor with superior sensitivity at high frequency”為題，以廈門大學(xué)為第一署名單位，于2022年8月29日在線發(fā)表在Nature Communications期刊（DOI : 10.1038/s41467-022-32827-7）。 [I7([l1Wvd  
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該研究工作最初受節(jié)肢動物結(jié)構(gòu)組成的啟發(fā)，提出了一種基于剛?cè)岵��?jì)“三明治”結(jié)構(gòu)（圖1a, b）的超靈敏高頻動態(tài)力檢測的仿生型柔性觸覺傳感器。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅可提升柔性材料的力傳遞效率，而且由于剛?cè)岵��?jì)力傳遞層與柔性下基體的結(jié)合使得壓電層產(chǎn)生彎曲應(yīng)變，從而使得柔性觸覺傳感器工作在新的模式——d31（圖1c），顛覆了傳統(tǒng)的壓電式柔性觸覺傳感器的d33工作模式。正是由于傳感器的工作模式的轉(zhuǎn)變，使得該柔性觸覺傳感器的靈敏度得到顯著提升（約為346.5 pCN-1，達(dá)到理論極限值的17倍）（圖1d），且具有5−600 Hz寬帶寬、0.009−4.3 N線性檢測范圍和實(shí)時(shí)力方向識別的優(yōu)異性能。特別是，盡管由于該柔性觸覺傳感器引入了剛性陣列結(jié)構(gòu)，但通過剛?cè)岵��?jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得該柔性觸覺傳感器具有與傳統(tǒng)柔性觸覺傳感器相媲美的可彎曲、可拉伸特性（圖1e），并最后將柔性觸覺傳感器成功用于精確檢測機(jī)器人的多種靈巧操作的動態(tài)信息（圖1f）。 b_j8g{/9  
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在該研究工作中，從柔性觸覺傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造、工作機(jī)理、性能測試及應(yīng)用等方面展開了較為系統(tǒng)的研究，并在機(jī)器人對外界動態(tài)信息的識別與感知方面取得了良好的實(shí)際應(yīng)用效果。論文通過巧妙引入剛?cè)岵��?jì)上基體和柔性下基體的設(shè)計(jì)，提出了柔性觸覺傳感器工作新模式，突破了傳統(tǒng)壓電式觸覺傳感器的靈敏度理論極限值，顯著提升了傳感器的靈敏度等性能指標(biāo)，為壓電式觸覺傳感器進(jìn)一步深入研究提供了新方法和新思路，尤其是對智能機(jī)器人建立類人的觸覺感知系統(tǒng)具有重要的理論研究價(jià)值和意義。 /N82h`\n  
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廈門大學(xué)航空航天學(xué)院機(jī)電工程系周偉教授、秦利鋒副教授和香港城市大學(xué)王鉆開教授為論文共同通訊作者，廈門大學(xué)航空航天學(xué)院機(jī)電工程系張金惠博士后為論文第一作者。同時(shí)，該研究工作還得到了香港理工大學(xué)姚海民教授，廈門大學(xué)陳松月、謝瑜、馬盛林、羅濤、凌偉淞等老師的指導(dǎo)和幫助，參與本研究工作的還有香港城市大學(xué)莫佳穎博士生和廈門大學(xué)陳銳博士生。廈門大學(xué)田中群院士對論文的總體構(gòu)思、文字撰寫等提出了寶貴建議和意見，洪文晶、褚旭陽、連云崧、葉紹干、吳粦靜等老師和多位研究生對該工作給予了支持和幫助。論文的研究工作得到了國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目(51922092)、國家自然科學(xué)基金區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金重點(diǎn)支持項(xiàng)目(U21A20136)、國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（52005423）、廈門大學(xué)工程技術(shù)學(xué)部青年人才創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（20720200068）等資助和支持。 &C7HG^;W9