中國科大研究團(tuán)隊提出觸覺感知新方法

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院、人形機(jī)器人研究院董二寶副教授課題組聯(lián)合香港城市大學(xué)于欣格副教授團(tuán)隊，于11月15日在國際著名期刊《國家科學(xué)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(diǎn)定位分辨率和力識別精度等綜合性能上實(shí)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(jī)器人執(zhí)行復(fù)雜精細(xì)操作的關(guān)鍵核心部件之一。近年來，隨著機(jī)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(xué)信息或標(biāo)記跟蹤技術(shù)，其觸點(diǎn)力位識別感知的分辨率和精度受到了嚴(yán)重制約。針對這一難題，研究團(tuán)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(xué)習(xí)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)了接觸點(diǎn)的高靈敏、高分辨率感知。實(shí)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(yùn)含的豐富觸覺表征信息，在觸點(diǎn)定位的空間分辨率和法向力識別精度方面顯著優(yōu)于當(dāng)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(tuán)隊基于核心組件的模塊化設(shè)計，進(jìn)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(zhǔn)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(shí)驗進(jìn)一步驗證了該觸覺感知方法在機(jī)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(kuò)展應(yīng)用原型示例