柔性壓力傳感器可以用于人機(jī)交互、軟體機(jī)器人、康復(fù)醫(yī)療等領(lǐng)域，是觸覺(jué)傳感器的重要成員之一。然而，現(xiàn)有柔性壓力傳感器在高靈敏度、高穩(wěn)定性以及高傳感范圍等方面仍然存在較大挑戰(zhàn)，限制了其在機(jī)器人領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。自動(dòng)化所先進(jìn)機(jī)器人團(tuán)隊(duì)程龍研究員等將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與光電原理相結(jié)合提出了一種柔性壓力傳感新思路--基于主動(dòng)遮擋的光電式壓力傳感器，該傳感器與傳統(tǒng)光纖式傳感器相比，靈敏度能夠提升約一個(gè)數(shù)量級(jí)。

基于主動(dòng)遮擋的光電式壓力傳感器由LED、光敏元件、傳感器外殼以及遮光結(jié)構(gòu)組成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。當(dāng)傳感器受到外界壓力時(shí)，傳感器外殼與遮光結(jié)構(gòu)同時(shí)變形，與傳統(tǒng)的光電式傳感器相比，大大提升了通光面積的變化率，與傳統(tǒng)光纖式傳感器相比，大大提升了靈敏度。傳統(tǒng)柔性壓力傳感器如Flexiforce-A301單個(gè)售價(jià)約30美元，且依靠進(jìn)口。而本文提出的傳感器通過(guò)模具澆注制成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本低，單個(gè)傳感器制作成本僅約為0.5美元。 

 

此外，該傳感器性能可以通過(guò)改變遮光結(jié)構(gòu)來(lái)靈活調(diào)整，以滿足不同的使用場(chǎng)景。其可以采用的兩種不同的遮光結(jié)構(gòu)為：?jiǎn)瘟薪鹱炙碗p列金字塔。 

其中，采用單列金字塔結(jié)構(gòu)的傳感器特點(diǎn)在于初始靈敏度高，適用于碰撞檢測(cè)等使用場(chǎng)景，甚至可以感知到輕至頭發(fā)絲的觸碰。如果將該傳感器安裝在機(jī)械臂末端，那么，一片薄薄的薯片就足以控制機(jī)械臂運(yùn)轉(zhuǎn)。

而采用雙列金字塔結(jié)構(gòu)的傳感器具有較大傳感范圍和高信噪比，適合用于人機(jī)交互力的檢測(cè)。團(tuán)隊(duì)基于該傳感器制作了觸覺(jué)數(shù)據(jù)手套，可以用于虛擬音樂(lè)彈奏、水果重量測(cè)量等應(yīng)用。

本研究獲得北京市杰青項(xiàng)目支持，相關(guān)成果已發(fā)表在《Soft Robotics》上。 

 

Zhengwei Li, Long Cheng, and Zeyu Liu. Intentional Blocking based Photoelectric Soft Pressure Sensor with High Sensitivity and Stability. . Ahead of print http://doi.org/10.1089/soro.2021.0186