面向机器人安全的电子皮肤阵列研究

20231107

科学研究和技术服务业

我们成功地制备了一种基于三聚氰胺泡沫弹性基底的全柔性、无串扰、高弹性的双模式传感器，该传感器采用了超声浸渍策略的合成方法。该双模式传感器表现出了优异的接近感知能力，包括高灵敏度（2.75 %/cm）、宽工作范围（13cm）、快速的响应/恢复速度（35/50 ms）和良好的稳定性。这些令人印象深刻的性能使其能够区分手指的数量或手势。此外，作为一种压力传感器，它由于三聚氰胺泡沫的弹性具有高灵敏度（8.49 MPa-1 ）、低检测阈值（1N）快速的响应/恢复速度（60/35 ms）、良好的线性度和可重复性。最重要的是，我们的双模式传感器实现了无串扰和多功能的接近/压力感知，其中接近感知性能在不同压力效应下几乎不受影响，而压阻检测压力对人手的接近不敏感。 更进一步地，传感器单元可以扩展成传感器阵列。我们将6阵列双模式电子皮肤成功安装在机械臂末端关节上，证明了它在提高人机交互安全性和精确性方面的潜力。由于其高灵敏度和无串扰特性，该传感器可以同时检测接近和压力信号，实现对机械臂的精确控制和高效避碰。此外，自电容接近感知和变阻压力感知的集成为赋予现有压阻传感器新的感知提供了一种新方法，为未来开发更先进和多功能的传感器提供了一种有前景的解决方案。

1）资金方面：拟需要资金200万，用于双模柔性感知电子皮肤产品的研发与迭代，包括感知结构设计与优化、信号采集系统设计与优化、交互系统设计与优化、系统集成与实验验证等。 （2）场地方面：需要提供一个相对独立和安静的研发区域，配备相应的办公设施和实验设备，为研发团队提供一个良好的工作环境；需要提供一个符合生产要求的洁净、安全、环保的生产环境，包括生产车间、仓库、实验室等。生产场地的选择应考虑周边环境、交通便利性以及配套设施等因素；需要提供一个舒适的办公环境给市场、销售等团队，包括办公室、会议室、休息区等设施。办公场地的选择应考虑交通便利性、周边商业环境以及员工福利等因素。 （3）设备方面：包括用于压阻膜切割制备的激光切割机、超声振动仪等。此外，还需要购置用于装配和测试的设备和工具，如自动贴片机、回流焊设备、激光刻蚀设备等；需要可供高速运算的计算机或中央服务器，用于大量软体结构的有限元分析与优化，以及控制算法的优化与迭代；需要人机交互分析仪，用于对人机交互效果的评估与反馈。 （4）人员方面：需要具有相关生产经验，能够熟练掌握生产设备的操作和维护。这些人员将负责产品的批量生产和质量控制等工作；需要结构工程师，对柔性双模感知电子皮肤各部分进行优化与迭代；需要仿真分析师，以更快的速度对产品进行优化与迭代；需要算法工程师，对柔性双模感知电子皮肤的控制算法进行优化与迭代。

仅限国内转让

柔性双模感知电子皮肤是一种能够同时感知接近和压力的柔性电子器件，具有高灵敏度、高稳定性和低功耗等优点。该技术可以广泛应用于人工智能、可穿戴设备、生物医学等领域，为人机交互、健康监测、智能诊疗等提供新的可能。 从技术创新的角度来说，我们的柔性双模感知电子皮肤是国际领先的技术，采用了独特的结构设计和材料选择，实现了接近和压力的双模感知和信号转换。该技术可以在人工智能领域中应用于智能机器人、智能手套、智能假肢等部件，使得人工智能能够更加真实地感知和模拟人类的触觉。在可穿戴设备领域，该技术可以应用于智能手表、智能衣服、智能鞋等部件，使得可穿戴设备能够更加精准地监测和反馈用户的身体状态。在生物医学领域，该技术可以应用于智能贴片、智能药物输送系统、智能手术器械等部件，使得生物医学能够更加高效地进行诊断和治疗。 在市场拓展方面，们的柔性双模感知电子皮肤拥有广泛的应用领域，包括但不限于机器人、医疗设备、自动化设备等。这些领域对柔性双模感知电子皮肤的需求不断增长，因此我们的技术成果具有巨大的市场潜力。通过技术授权、代工合作或投资合作，我们将与您共同开拓这些市场，共享广阔的商业机会。具体来说，我们的柔性双模感知电子皮肤可以在机器人领域中应用于柔性机械臂、柔性脚踝、柔性驱动器等部件，使得机器人能够更加灵活自如地运动和操作。在医疗设备领域，我们的柔性双模感知电子皮肤可以应用于柔性传感器、柔性驱动器等部件，使得医疗设备更加轻便、舒适、高效。在自动化设备领域，我们的柔性双模感知电子皮肤可以应用于柔性执行器、柔性致动器等部件，使得自动化设备能够更加高效、灵活地完成各种任务。 在产品推广方面，我们的柔性双模感知电子皮肤经过多年的研发和实验验证，已经具备了批量生产的条件。具体来说，我们有完整的技术解决方案和样品测试服务，能够缩短研发周期和降低研发成本。 因此，本项目的转化必将产生较好的效益。

中关村国家自主创新示范区开放实验室概念验证项目

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

本项目面向安全、高效、智能、低故障率、低事故率的工业机器人安全控制需求，针对人机共存、人机交互、多机协同等复杂场景中的主动安全问题，针对现有力触觉传感器检测范围小、响应速度慢的问题，开展电子皮肤-机器人一体化设计与跨尺度制造技术研究，探索电子皮肤-机器人一体化设计方法。探索机器人接近觉感知的不同原理，实现多模态检测原理验证与构型设计。解决感知增强材料的选择与制备工艺问题，提升检测可靠性与综合性能。开展多模态感知信息融合算法研究，基于神经网络算法，对目标物形状大小与接近距离进行解析。最后，将电子皮肤完成系统集成，包括上位机的显示界面与下位机信号采集模块开发，并安装在机械臂及服务机器人上进行应用验证。 我们成功地制备了一种基于三聚氰胺泡沫弹性基底的全柔性、无串扰、高弹性的双模式传感器，该传感器采用了超声浸渍策略的合成方法。该双模式传感器表现出了优异的接近感知能力，包括高灵敏度（2.75 %/cm）、宽工作范围（13cm）、快速的响应/恢复速度（35/50 ms）和良好的稳定性。这些令人印象深刻的性能使其能够区分手指的数量或手势。此外，作为一种压力传感器，它由于三聚氰胺泡沫的弹性具有高灵敏度（8.49 MPa-1 ）、低检测阈值（1N）快速的响应/恢复速度（60/35 ms）、良好的线性度和可重复性。最重要的是，我们的双模式传感器实现了无串扰和多功能的接近/压力感知，其中接近感知性能在不同压力效应下几乎不受影响，而压阻检测压力对人手的接近不敏感。 更进一步地，传感器单元可以扩展成传感器阵列。我们将6阵列双模式电子皮肤成功安装在机械臂末端关节上，证明了它在提高人机交互安全性和精确性方面的潜力。由于其高灵敏度和无串扰特性，该传感器可以同时检测接近和压力信号，实现对机械臂的精确控制和高效避碰。此外，自电容接近感知和变阻压力感知的集成为赋予现有压阻传感器新的感知提供了一种新方法，为未来开发更先进和多功能的传感器提供了一种有前景的解决方案。