通過設計正交磁化的Halbach陣列實現三維力的自解耦

原標題：低成本機器人“皮膚”登上Nature子刊：實現三維力的自解耦，來自法國國家科學研究中心&香港大學
文章來源：量子位
內容字數：4244字

柔性觸覺傳感器的創新研究

觸覺是人類與外部環境互動的重要感知形式。科學家們正在研發柔性皮膚，以賦予機器人更靈巧的操作能力。近期，來自法國國家科學研究中心（CNRS）和香港大學的研究團隊提出了一種新型柔性觸覺傳感器，旨在實現三維力的自解耦，簡化結構與標定過程。

研究背景與挑戰

現有的柔性觸覺傳感器在結構和制造上較為復雜，需要大量的校準，限制了其廣泛應用。傳統傳感器通常基于壓阻或電容技術，這些技術在實現三維力解耦方面面臨巨大挑戰。為此，研究者們開發了一種基于正交磁化Halbach陣列的柔性磁膜傳感器，能夠有效降低標定復雜度。

自解耦三維觸覺傳感器的原理

該傳感器的主要結構包括柔性磁膜、彈性硅膠和PCB電路板（配備霍爾傳感器）。在外力作用下，磁膜變形導致霍爾傳感器測得的磁場信息變化，經過解耦算法可轉換為三維力信息。研究表明，通過正交疊加的Halbach陣列，可以實現三維力的自解耦，顯著簡化了傳感器的結構與標定流程。

應用實例

研究團隊設計了不同形狀和靈敏度的傳感器，用于多個實際應用。首先，他們測量人工膝關節的三維力分布，實驗結果顯示傳感器能實時提供準確的力分布數據。其次，研究人員將觸覺傳感器應用于機器人制作咖啡的過程中，通過直接與傳感器交互實現了更直觀的示教方式，無需傳統的示教按鈕。

未來的應用前景

研究者還展示了柔性PCB基底的傳感器在健康監測領域的潛在應用，如監測膝蓋支架與腿部的接觸力。該研究為低成本的三維力觸覺傳感提供了新的思路，未來可望與視覺反饋和AI算法結合，進一步提升機器人智能化水平。

相關研究成果已發表在《Nature Machine Intelligence》上，展示了該傳感技術在多個領域的廣泛應用潛力。

聯系作者

文章來源：量子位
作者微信：
作者簡介：追蹤人工智能新趨勢，關注科技行業新突破