华中科技大学开发超材料电子皮肤用于机器人抓握状态监测

近日，华中科技大学吴豪研究员团队在机器人电子皮肤领域取得了重大突破，成果被收录在影响因子为18.808的著名国际期刊《Advanced Functional Materials》上。该研究的主题为“柔性机械超材料电子皮肤在机器人实时检测不稳定抓取方面的应用”。

该研究的诞生源于对共融机器人与环境自然和谐交互的深入。触觉感知是机器人实现高效准确抓取与灵巧操作的核心技术，而触觉传感器的性能直接影响到机器人的操作表现。在复杂的动态环境下，机器人操作任务的失败往往会造成巨大的时间和经济损失。以抓握操作为例，不稳定抓取不仅影响任务完成效率，还可能对操作对象、机器人及人员造成伤害。开发能够实时监测机器人抓握状态的感知系统显得尤为重要。

吴豪团队的创新之处在于将负泊松比超材料结构引入柔性电子皮肤的设计制备。这一创新不仅提高了电子皮肤的传感灵敏度，还使其具有从压缩应变到拉伸应变宽范围的线性响应。在40%压缩应变到80%拉伸应变区间内，所制备的传感器均表现出良好的线性响应，并且与无超材料结构的传感器相比，其灵敏度更高。

更重要的是，研究团队提出了一种实时检测机器人不稳定抓握状态的通用方法。该方法通过相关分析和小波分解，提取阵列传感器信号的时域和时频域特征，进而实时监测时间相关系数和小波系数，实现对不稳定抓握状态的实时识别。检测响应时间最快可达100毫秒，与人的反应时间相当。

通过仿生五指手和三指软抓手的一系列实验，团队证实了该算法的有效性。这一突破表明超材料传感器和不稳定抓握状态识别算法在机器人感知和灵巧操作方面具有广阔的应用前景。未来，团队将进一步改进传感器和算法，使其不仅能检测不稳定抓握发生的详细信息，还能控制机械手将不稳定抓握状态调整为稳定抓握状态。

该研究的成功不仅为机器人电子皮肤领域开辟了新的研究方向，也为未来机器人在复杂环境下的高效、安全操作提供了有力支持。随着技术的不断进步，我们期待机器人在未来能够更深入地融入到人类的生活中，为我们带来更多的便利与安全。