在探索機器人感知能力的邊界上,一項源自實驗室的創(chuàng)新技術(shù)正悄然改變游戲規(guī)則。想象一下,當(dāng)你從冰箱中取出一枚雞蛋時,指尖不僅能感受到它的橢圓形狀和微妙重量,還能精確控制力度,避免捏碎或滑落。這種細膩的觸覺控制,得益于我們指尖密布的觸覺感受器,它們能捕捉多維度的力學(xué)信息。如今,機器人也朝著這一方向邁進,而視觸覺傳感器正是它們的“秘密武器”。
視觸覺傳感器,這一基于視覺的觸覺感知裝置,不同于傳統(tǒng)的單維度力傳感器。它能夠同時感知法向力、剪切力、相對滑動以及物體的位姿,這些感知維度與人手觸覺信息極為相似。其中,GelSight傳感器作為這一領(lǐng)域的佼佼者,自2009年由MIT的Edward Adelson團隊提出以來,便以其獨特的彈性凝膠表面和內(nèi)置攝像頭設(shè)計,成為研究的熱點。

GelSight的工作原理就像一個微型的“接觸成像系統(tǒng)”。當(dāng)物體接觸傳感器表面時,彈性材料會根據(jù)接觸力產(chǎn)生形變,這些形變通過特殊設(shè)計的光學(xué)系統(tǒng)和高分辨率攝像頭被捕捉并放大,轉(zhuǎn)化為清晰的圖像。這些圖像經(jīng)過深度學(xué)習(xí)算法的處理,能夠重建出接觸表面的三維壓力分布圖,甚至識別出物體的精細紋理,如指紋、布料織紋等。
隨著技術(shù)的演進,視觸覺傳感器已經(jīng)從實驗室的概念驗證走向?qū)嵱没瘧?yīng)用。早期,MIT團隊通過構(gòu)建觸覺紋理數(shù)據(jù)庫,證明了視觸覺傳感器在物體特性識別上的潛力。隨后,該技術(shù)與機械臂的集成,實現(xiàn)了對小型零件的精確定位與操控,特別是在USB接口插拔等精細操作任務(wù)中,顯著提高了成功率。
近年來,視觸覺傳感器技術(shù)不斷迭代,多種改進版本應(yīng)運而生。英國布里斯托大學(xué)的TacTip采用仿生設(shè)計,模擬人類指尖皮膚下的機械感受器;UC Berkeley的OmniTact則實現(xiàn)了彎曲表面的全方位觸覺感知。商業(yè)化產(chǎn)品如GelSight,也具備了精細紋理和稀疏切向力感知的能力。
然而,行業(yè)創(chuàng)新并未止步。面對專利壁壘、技術(shù)瓶頸和應(yīng)用場景的多樣化需求,更加多元的技術(shù)路線正在涌現(xiàn)。其中,一種基于單色光的圖案追蹤原理的技術(shù)路線備受矚目。這種方案通過捕捉密閉光場中彈性材料上圖案的形變特征,結(jié)合解析算法實現(xiàn)觸覺感知,不僅降低了算力要求和生產(chǎn)成本,還顯著提高了傳感器的耐用性和小型化程度。

戴盟機器人便是這一技術(shù)路線的代表企業(yè),其最新發(fā)布的視觸覺傳感器DM-Tac W,每平方厘米覆蓋4萬個感知單元,是當(dāng)前最密集的陣列式觸覺傳感器的數(shù)百倍。該傳感器已應(yīng)用于工業(yè)自動化、消費電子、智慧物流等多個場景,展現(xiàn)了強大的市場潛力。
從應(yīng)用前景來看,視觸覺傳感技術(shù)正在滲透到多個專業(yè)領(lǐng)域。在工業(yè)自動化領(lǐng)域,它使協(xié)作機器人能夠輕柔地處理易碎物品,執(zhí)行精密裝配任務(wù);在醫(yī)療領(lǐng)域,手術(shù)機器人配備視觸覺傳感能力后,可以更精確地感知組織特性;在工業(yè)檢測中,它能識別肉眼難以察覺的表面缺陷;在可穿戴設(shè)備和虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域,它提供真實的觸覺反饋,增強了虛擬環(huán)境的沉浸感。
盡管視觸覺傳感技術(shù)展現(xiàn)出巨大潛力,但投資者仍需警惕潛在風(fēng)險。目前,該領(lǐng)域尚未形成標(biāo)準的大規(guī)模數(shù)據(jù)集和專門的觸覺大模型,這限制了技術(shù)的發(fā)展。傳感器的耐用性、功耗和成本問題,以及感知面積的限制,都是亟待解決的技術(shù)挑戰(zhàn)。
然而,隨著材料科學(xué)、微電子技術(shù)和人工智能算法的持續(xù)進步,這些挑戰(zhàn)有望被一一克服。未來,視觸覺傳感器將更加小型化、低成本化,并具備更高的耐用性和精度。當(dāng)這些技術(shù)突破匯聚時,我們或許將見證一個更具溫度的人機交互時代——機器人手指能像人類一樣輕柔地拾起花瓣,精準地完成各種精細操作。






















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