三维力自解耦：低成本机器人“皮肤”引领未来科技革新

通过设计正交磁化的Halbach阵列实现三维力的自解耦

原标题：低成本机器人“皮肤”登上Nature子刊：实现三维力的自解耦，来自法国国家科学研究中心&香港大学
文章来源：量子位
内容字数：4244字

柔性触觉传感器的创新研究

触觉是人类与外部环境互动的重要感知形式。科学家们正在研发柔性皮肤，以赋予机器人更灵巧的操作能力。近期，来自法国国家科学研究中心（CNRS）和香港大学的研究团队提出了一种新型柔性触觉传感器，旨在实现三维力的自解耦，简化结构与标定过程。

研究背景与挑战

现有的柔性触觉传感器在结构和制造上较为复杂，需要大量的校准，限制了其广泛应用。传统传感器通常基于压阻或电容技术，这些技术在实现三维力解耦方面面临巨大挑战。为此，研究者们开发了一种基于正交磁化Halbach阵列的柔性磁膜传感器，能够有效降低标定复杂度。

自解耦三维触觉传感器的原理

该传感器的主要结构包括柔性磁膜、弹性硅胶和PCB电路板（配备霍尔传感器）。在外力作用下，磁膜变形导致霍尔传感器测得的磁场信息变化，经过解耦算法可转换为三维力信息。研究表明，通过正交叠加的Halbach阵列，可以实现三维力的自解耦，显著简化了传感器的结构与标定流程。

应用实例

研究团队设计了不同形状和灵敏度的传感器，用于多个实际应用。首先，他们测量人工膝关节的三维力分布，实验结果显示传感器能实时提供准确的力分布数据。其次，研究人员将触觉传感器应用于机器人制作咖啡的过程中，通过直接与传感器交互实现了更直观的示教方式，无需传统的示教按钮。

未来的应用前景

研究者还展示了柔性PCB基底的传感器在健康监测领域的潜在应用，如监测膝盖支架与腿部的接触力。该研究为低成本的三维力触觉传感提供了新的思路，未来可望与视觉反馈和AI算法结合，进一步提升机器人智能化水平。

相关研究成果已发表在《Nature Machine Intelligence》上，展示了该传感技术在多个领域的广泛应用潜力。

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