具有多感知功能的智能人工手指

智能机器人在工业生产、医疗健康、人机互助等领域具有广阔的应用市场,为实现安全、可靠、智能的人机任务操作,对机器人的多维感知能力提出了很高的要求。智能机器人通过视觉、听觉、触觉等多维传感系统获取外界信息,实现和环境的交互。提前预知目标物接近能够帮助机器人进行主动控制、优化路径,避免不必要的冲击碰撞;方便快捷地知晓触摸和抓取的物质材料种类,可以让机器人更具体地了解目标信息,进行物质分拣、智能选择等后续操作。采用微型化、多功能的传感器赋予机械手多维感知功能是当前智能机器人发展的重要方向。

近日,清华大学精密仪器系的朱荣教授研究组研制出一种基于热感应原理的热物性传感器,并进一步研制出一款智能人工手指,能够识别接触物材料、测量目标物接近、以及监测温湿度等。该智能手指集成柔性热物性传感器,利用铂金属膜和周围环境/接触物的传导换热原理,实现了对周围环境/接触物的导热系数和温度等热物性参数在线测量,可测量的材料导热系数范围广,涵盖了从泡沫海绵到玻璃金属等常见材料,通过热物性参数识别出材料种类;结合恒温差调理电路还实现了温度测量,以及温度和导热系数两种参数的无耦合独立测量。基于此,智能手指完成了对棉花、纸张、塑料、木头、玻璃、黄铜等典型材料的快速鉴别,并模拟出了人体皮肤接触这些材料所感应的冷热感觉,比如对于棉花和纸张的温暖感,对于玻璃和黄铜的冰冷感,为具有材料鉴别功能的机械抓手和类人温触感的智能机器人提供了解决方案。此外,根据智能手指在接近目标物过程中对局部环境传热特性在线监测,手指还实现了对目标物接近距离在线测量,能够在非接触状态下提前预知目标物的接近距离,由此可能主动控制避免冲击碰撞,保障人机交互和机器操作中的安全。该智能手指还可用于对人体皮肤温湿度的监控,及时告知用户皮肤温湿度信息,便于使用者及时了解生理信息进行补水控温等。

本智能人工手指所具有的热物性传感及材料鉴别、接近测量、温湿度检测等功能可以为智能机器人、安全控制、医疗呵护等领域的发展提供相应的解决方案。相关研究成果发表在Advanced Materials Technologies (DOI: 10.1002/admt.201800056)上,论文第一作者为清华大学博士研究生赵帅,通讯作者为清华大学朱荣教授。