【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】隨著具身智能技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人與人類的互動場景日益豐富，對機(jī)器人的高階觸覺感知提出了更高要求。然而，目前觸覺傳感系統(tǒng)在空間分辨率、多維感知和信號解讀能力等方面仍與人類觸覺存在顯著差距。視觸覺傳感器(visuotactile sensor)通過成像手段實(shí)現(xiàn)亞毫米級分辨率，但在多光譜感知等方面依然面臨挑戰(zhàn)(圖1)。在此背景下，如何突破觸覺傳感器的分辨率極限、提升多模態(tài)融合能力，并實(shí)現(xiàn)多模態(tài)觸覺信號解讀，成為推動機(jī)器人“類人觸覺”發(fā)展的核心科學(xué)問題。
近日，清華大學(xué)深圳國際研究生院丁文伯副教授團(tuán)隊聯(lián)合國內(nèi)外多家單位，成功研發(fā)出一種受鴿眼啟發(fā)的多模態(tài)高分辨率觸覺傳感器(SuperTac)，取得了機(jī)器人觸覺感知能力的重要進(jìn)展。
SuperTac創(chuàng)新性地將中紅外至紫外波段的多光譜成像與摩擦電信號相結(jié)合，設(shè)計了基于導(dǎo)電聚合物、熒光層、反射層和支撐層的多層超薄感知皮膚。SuperTac具備力感知范圍調(diào)整能力，實(shí)現(xiàn)了微米級的高分辨率和多模態(tài)高精度測量(力、位置、溫度、接近、振動)，并且對于不同物理屬性如材質(zhì)、紋理、滑動、碰撞和顏色等信息的感知精度均超過94%。
為了充分挖掘傳感器的多模態(tài)感知潛力，團(tuán)隊還自主構(gòu)建了擁有8.5億參數(shù)的觸覺語言模型DOVE，能夠理解豐富的觸覺信息，賦予機(jī)器人類人觸覺感知和環(huán)境理解能力(圖4)。目前，SuperTac(圖5)已成功集成至機(jī)器人靈巧手中(圖6)，支持遠(yuǎn)程實(shí)時狀態(tài)反饋，有望在制造、醫(yī)療、服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域發(fā)揮變革性作用。
研究成果以“仿生多模態(tài)觸覺傳感實(shí)現(xiàn)類人機(jī)器人感知”(Biomimetic Multimodal Tactile Sensing Enables Human-like Robotic Perception”)為題，于1月15日發(fā)表于《自然·傳感器》(Nature Sensors)。
清華大學(xué)深圳國際研究生院2025屆博士畢業(yè)生李壽杰、2023級博士生吳同、2023級碩士生徐建樂為論文第一作者。清華大學(xué)深圳國際研究生院副教授丁文伯、大連理工大學(xué)教授解兆謙、新加坡國立大學(xué)助理教授吳昌盛和香港城市大學(xué)教授于欣格為論文通訊作者。清華大學(xué)深圳國際研究生院教授王學(xué)謙，博士后趙洪發(fā)、呂楚橋，上海大學(xué)副研究員葉林奇，加州大學(xué)伯克利分校博士后王子涵，深圳國際研究生院2024級碩士生黃炎、2022級博士生徐慶昊、2025屆碩士畢業(yè)生穆世龍，大連理工大學(xué)2024級博士生張宗文以及美國南加州大學(xué)2025級博士生楊洋為研究提供了大力支持。研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、深圳市科技計劃項(xiàng)目、廣東省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)研究團(tuán)隊項(xiàng)目以及清華大學(xué)深圳國際研究生院–深圳鵬瑞青年教師項(xiàng)目的支持。
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