新传感器让机器人通过颜色“看见”触摸

伦敦玛丽女王大学的工程师们开发出一种柔性可拉伸材料，让机器人能够实时“看见”触摸到的东西——通过将机械压力转化为生动的颜色图案。团队表示，这一突破消除了长期困扰机器人触觉传感的计算瓶颈。

传感器工作原理

这项研究成果于7月3日发表在《科学进展》期刊上。研究描述了一种机械变色触觉传感器，它由夹在两层柔软硅胶之间的可拉伸布拉格反射器构成。当物体按压材料时，其微观内部结构发生形变，改变反射光的波长，并在触摸点直接产生空间分辨的结构色。标准低成本USB摄像头可直接捕捉这些颜色场，生成高分辨率压力图，无需任何电子线路、深度学习重建或计算后处理。

在测试中，该设备的精度达到约100微米——足以成像人类指纹的脊线，而以往的传感器范式需要数千个微型电子元件才能实现同样的效果。

从实验室原型到潜在应用

“你猜不到手指按下电灯开关时会生成多少信息，”该方法的发明者、玛丽女王大学工程与材料科学学院博士后研究员Giacomo Sasso说，“这个项目的关键思路是跳出框架：不再嵌入密集而过度工程的传感器阵列，而是将传感功能融入材料本身。”

合著者James Busfield教授补充道：“特别强大的是，信息已经蕴含在光信号中。你不再需要重构触摸——而是直接观察它。”

团队设想，这种技术可以包裹在精密制造中的机器人夹爪上，为假肢提供连续的触觉反馈，并让手术系统通过精细压力辨别健康组织和异常组织。

长期难题的解决

传统的基于触点的传感器能够实时工作，但其分辨率受物理间距和布线的限制；而现有的基于视觉的触觉传感器虽然能实现更精细的细节，但代价是沉重的计算负担和延迟。机械变色方法通过将力数据直接编码进光谱，完全绕过了这一权衡。来自佛罗伦萨大学、的里雅斯特大学和特伦托大学的合作者共同参与了这项工作，融合了软体机器人和聚合物工程的专业知识。

玛丽女王大学官方新闻稿