- 新型機械感應器模仿電鰻，實現無接觸觸覺感知。
- 感應器利用微弱電場變形來檢測物體。
- 可根據物體的電導率和幾何形狀推斷其性質。
- 該技術在工廠環境及視覺受限情況下有潛在應用。
中國研究人員開發了一種新型機械感應器，能夠在不接觸物體的情況下進行「觸覺」感知，靈感來自電鰻。這種新型感應器類似於電鰻，利用微弱的電場，當附近有物體時會產生變形，從而實現無接觸的檢測和潛在的識別。可以將其視為接近感應器和粗略人工觸覺感應器的結合。西安電子科技大學的張偉強教授在接受採訪時表示：「我們希望機器能夠在任何物理接觸之前感知即將到來的目標，區分其材料和表面狀況。」
這與電鰻獵捕獵物和導航的方式非常相似。
電鰻的感知原理
在自然界中，電鰻會在水中產生電場。如果魚類、岩石、植物等物體進入該電場，這些物體會改變電流在電鰻周圍的分佈。由於不同材料對電場的反應各異，電鰻可以利用這些變化來定位和部分識別物體。根據該研究團隊的説法，他們的感應器明顯模仿了這一原理，但並不使用電鰻的電器官，而是採用帶電的氟聚合物表面。這種表面像是一個小型靜電池，能夠長時間保持電荷。隨後，這種持久的電荷可以用來在感應器周圍產生電場。
當感應器處於「靜止」狀態（即附近沒有物體）時，電場會形成一種特定的可預測形狀，這一形狀可以被監測。如果有物體靠近，電場的形狀會發生變形，這一變化是可以測量的。張教授指出：「當物體接近時，感應器會感知到電場的變化，並根據這些變化推斷出物體的電導率、介電特性和幾何形狀。」物體的類型、大小及其他特性會以特定方式扭曲電場，理論上可以用來判斷其性質。例如，金屬具有高電導率，因此會顯著改變電場的特性。
塑料、玻璃和木材的電導率則相對較低，但在電場中仍能實現電極化。感應器還能根據物體的幾何形狀推斷其形狀，因為電場擾動的幾何形狀會根據物體的幾何形狀和距離而變化。較大且扁平的物體會比小型球形物體更改變電場形狀。
潛在應用與挑戰
根據該團隊的説法，這種感應器還可以估算物體的接近度。這些特性對於機器人來説非常有用，尤其是在工廠環境中。例如，它可能對精密操作、義肢、製造機器人以及在黑暗、煙霧、灰塵或視覺混淆環境中工作的機器人來説具有潛在的應用。此技術還可以應用於相機不實用的情況下。例如，透明玻璃物體對光學視覺系統來説可能會造成困難，但其介電特性仍會影響電場。然而，目前尚不清楚這種感應器的準確度如何，最大檢測範圍以及濕度、温度等因素如何影響感應器的性能。
無接觸感知技術的未來潛力
這種無接觸的機械感應器技術，靈感來自電鰻的生物特性，代表了感知技術的一個重要進步。隨著機器人技術的發展，這類感應器能在多種環境中提供更高的靈活性和準確性，特別是在視覺受限的情況下。然而，技術的準確性和環境因素的影響仍需進一步研究，這將決定其在實際應用中的可行性和有效性。