刘娜

触摸是人类在进行协调交互时的主要方式之一，通过触摸可以帮助人类评估物体的属性。与人类一样，机器人的触摸传感能夠帮助机器人理解现实世界中物体的交互行为，这些行为取决于其重量和刚度，取决于触摸时表面的感觉、接触时的变形情况以及被推动时的移动方式。只有给机器人也配备先进的触摸传感器才能使其意识到周围的环境，远离潜在的破坏性影响，并为后续的手部操作等任务提供信息。然而，目前大多数机器人交互式技术系统由于缺乏对触觉传感技术的应用，其动作不准确、不稳定，交互过程“笨拙”，极大地限制了他们的交互和认知能力。

随着机器人科学技术的飞速发展，越来越多的智能机器人被用来代替人类在极端或危险环境中执行任务。作为智能机器人，在赋予机器人以类似人的触觉感知进行抓取、握持和触摸等高灵巧操作方面发挥着举足轻重的作用。前不久，山西省科协“科创中国”技术成果路演专场上，中北大学韩晶教授向嘉宾介绍了高灵敏高分辨率的压电压阻复合增强式触觉传感技术，突破了中国触觉传感器技术瓶颈。

据了解，为了实现智能机器人和可穿戴电子设备的机械传感感知，通常利用基于压阻、电容、摩擦电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方面具有快速响应的优点，因此被广泛用于模拟人体皮肤。

“大家看，这款机器人手指上就运用了我们最新的研究成果压电、压阻触觉传感技术。”机器手在技术人员的操控下，柔软性和灵动性远超普通智能机器手。韩教授介绍到，压电-压阻双模态传感特性的复合水凝胶以交联的生物质壳聚糖季铵盐为骨架，以聚（3，4-乙烯二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT：PSS）为导电填料，聚（偏氟乙烯-co-三氟乙烯）（PVDF-TrFE）为压电填料。制备的水凝胶基应变传感器灵敏度高（GF：19.24），线性度较好（0.94），响应快速（响应时间：63.2ms），频响范围较宽（响应频率：5-25Hz），同时具有良好的可拉伸性能（断裂伸长率：293%）和循环稳定性。

利用压电-压阻一体化构建复合水凝胶的方式，能够实现动、静态应变响应，获得灵敏且可靠的压电信号以及压阻信号输出，有望解决多层复合结构存在的制备工艺复杂、层间匹配性不佳等问题。采用复合水凝胶制备的可穿戴应变传感器展示了在人体运动以及细微活动监测方面的应用潜力。

有趣的是，复合水凝胶附着在指尖和指背形成传感单元，能精准识别物体的轮廓。复合水凝胶基阵列传感器也能准确识别不同的按压位置，未来可进一步应用于恢复残疾人或老年人的触觉感知能力等。

该项技术的突破和研究，主要意义在于提供了一种用于可穿戴应变传感器的压电-压阻双模态复合水凝胶的构建方法。为提高其智能可穿戴应变传感性能提供可能，在机器人动态触觉传感方面显示出巨大潜力。