纯机械“触觉”:无需芯片、不用电,一个流体传感器就能让机器人“感知”世界

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让机器人感知世界,不一定非要依赖芯片、电路和计算机。

 

新加坡国立大学研究团队在《科学进展》上发表了一项突破性成果——一种纯机械结构的软力传感器,能将触摸到的力直接转化为流体驱动,无需任何电子元件、信号处理电路或外部能源。它被称为ME-SOFS(机械软力传感器)。

 

 

原理极其巧妙: 传感器是一个3D打印的柔软多孔结构,核心是一根中央支柱连接着五个充液腔体。当外力按压支柱时,它向受力方向倾斜,挤压对应腔体,驱动流体通过软管流向另一端的致动器——物理力变成了液体的流动,液体流动又变成了机械动作,整个过程不涉及任何电子转换。一个传感器就能同时检测水平、侧向和垂直三个方向的力。

 

它甚至能“发电”给自己“报数”。 团队在流体通道中集成了一小块磁铁和金属线圈,液体流动带动磁铁掠过线圈时,会像自行车发电机一样感应出电压脉冲——脉冲数量直接对应受力大小,不需要任何外部供电就能提供可读的测量信号。

 

应用场景很扎实。 团队用ME-SOFS制作了一只柔软手套,佩戴后能检测每个指尖的抓握力,预测抓取物体的重量。还搭建了一套触觉反馈系统:操作员蒙上眼睛,通过指尖的力反馈就能控制机械臂抓取鸡蛋、木块、半瓶水——机器人夹爪感受到的压力,以流体压力的形式传递到操作员指尖。在成功抓取过程中记录的信号,还能回放用于训练机器人自主复现动作。

 

 

ME-SOFS90°C热水和相当于水下11米的高压环境中,性能保持稳定。 开放式流体通道与周围水压相平衡,传感器只“读”施加的力,不受环境影响。不含电子元件,也完全免疫电磁干扰。

 

共同第一作者杨克禄博士说:“在医学培训中,受训者可以感受到专家执行复杂动作时的力反馈;在老年护理中,机械臂能像反射一样感知跌倒、立即提供更强支撑。这种直接的感知-动作响应,对需要与人安全互动的软体机器人尤其有价值。”

 

 

这是一个关于“减法”的故事。当行业还在往机器人身上堆传感器、加算力、跑算法时,新加坡国立大学的团队用最朴素的方式证明了:有时候,让机器人“感知”世界,根本不需要电。只需要一点流体,和一套精妙的机械结构。