case法严格的讲只是一种开发，开发一种刚-柔混合触觉传感器

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近日，受手指结构（嵌入肌肉中的刚性骨骼）的启发，厦门大学周伟教授、秦立峰副教授和香港城市大学王钻凯教授开发了一种刚软混合触觉传感器（Rigid-Soft Hybrid Hatic Sensor）。软混合触觉传感器（RSHTS），采用刚软混合力传输层结合柔性基板结构，不仅大大增强了力传输性能，还触发了压电传感层的d31工作模式，同时不传统的d33 模式，使其超灵敏。此外，该传感器能够以高可靠性检测多个力方向，在机器人动态触觉传感方面显示出巨大潜力。

RSHTS的概念、结构和传感性能

随着机器人科学技术的快速发展，越来越多的智能机器人被用来代替人类在极端或危险的环境中执行任务。例如，在COVID-19大流行期间，智能机器人被广泛用于为隔离人员运送生活必需品，极大地避免了病毒的交叉感染和传播。作为智能机器人的重要组成部分，柔性触觉传感器在赋予机器人类似人类的触觉感知以实现抓取、握持、触摸等高度灵巧操作方面发挥着关键作用。这些类人传感器可以检测各种刺激的强度和模式，包括按压、轻击和滑动。对于人类手指来说，这种能力主要归功于四种功能性机械感受器（慢速适应受体I、II型，即SA-I、II和快速适应受体I、II型，即FA-I、II），它们分布在皮肤用于静态力(~5Hz) 和动态力(5400Hz) 检测。

为了实现智能机器人和可穿戴电子设备的机械力传感，通常利用基于压阻式、电容式、摩擦电式和压电机制的触觉传感器将触觉信息转换为电信号。其中，压电柔性触觉传感器在动态力检测中具有响应速度快的优点，因此被广泛用于模拟人体皮肤中的FA-I、II，其形式通常采用由柔性基板和柔性基板组成的层状结构。传感层，其中柔性基板用于直接接触刺激并将力从外部传递到内部感知层，或者顺应机器人本体的曲面与环境交互。然而，与使用硅、陶瓷和玻璃作为基板的刚性材料触觉传感器相比，柔性触觉传感器的灵敏度和响应速度通常受到弹性基板的自然粘弹性的限制，弹性基板会吸收部分机械能。尽管人们已经努力设计具有微结构的柔性基板，例如改善传感层的电性能，或者将传感层从2D变为3D以提高灵敏度，但压电柔性触觉传感器的灵敏度仍然受到限制。此外，现有的压电触觉传感器在d33 模式下工作，该模式容易受到低于d33 系数的理论灵敏度的影响。在这项研究中，受动物和人类手指结构的启发，研究人员设计了一种具有三层结构（顶部圆顶层、传感层和底层）的超灵敏压电触觉传感器。该传感器采用刚软混合力传输层和柔性基板相结合的结构。研究结果表明，这种混合结构不仅显着增强了高频动态力的传递，而且实现了新的d31工作模式（而不是传统的d33模式）下的传感，从而产生超高的灵敏度。因此，该RSHTS具有346.5 pC/N的超高灵敏度，比d33模式下的理论极限灵敏度（21 pC/N）高出约17倍。此外，RSHTS还具有5-600赫兹的宽带宽和0.009-4.3 N的线性力检测范围。研究人员还证明，基于RSHTS的机械臂可以实现多个力方向的实时检测。

RSHTS应力分析的结构设计思路及数值模拟

得益于顶层的圆顶设计和传感层中的图案化电极，RSHTS可以通过分析四个压电电容器的输出来检测多个力方向。具有一个传感单元的RSHTS 阵列可以区分X、Y 和Z 轴上施加的力的方向。此外，RSHTS可以清晰地识别高频振动，显示出动态力检测的优势。基于RSHTS的机械手用于检测冲击力并模拟浇注过程，这展示了RSHTS在帮助机器人实现高灵巧操纵方面的巨大潜力。研究人员提出的传感器有望应用于可穿戴电子设备，实现对外部刺激的长期监测，从而为机器人建立类人触觉系统，恢复残疾人或老年人的触觉感知能力等。

RSHTS的高频刺激检测和基于RSHTS的机械手用于检测冲击力并模拟机器人浇注。

审计刘庆

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