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近期，振動(dòng)、沖擊、噪聲研究所張文明教授團(tuán)隊(duì)在Applied Physics Reviews上發(fā)表綜述“Vision-Based Tactile Sensing: From Performance Parameters To Device Design”，總結(jié)了近年來(lái)視觸覺(jué)傳感器（VBTS）從傳感機(jī)制到應(yīng)用場(chǎng)景的重大進(jìn)展，梳理了性能參數(shù)指標(biāo)和提升這些性能參數(shù)的硬件設(shè)計(jì)新策略，探討了 VBTS 的傳感能力與應(yīng)用場(chǎng)景并展望了對(duì) VBTS 未來(lái)的發(fā)展方向。論文第一作者是博士生辛宜航，通訊作者為胡開(kāi)明副教授和張文明教授。
生物有機(jī)體通過(guò)感覺(jué)受體檢測(cè)環(huán)境刺激，并將其轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號(hào)，以此構(gòu)建對(duì)世界的認(rèn)識(shí)。其中，觸覺(jué)和視覺(jué)是人類及其他物種獲取信息的重要來(lái)源。觸覺(jué)在黑暗環(huán)境中能有效辨識(shí)物體，但在空間分辨率和檢測(cè)范圍方面存在局限性。而視覺(jué)則能提供豐富的高空間分辨率信息，卻容易受到光照條件和復(fù)雜環(huán)境的影響。研究人員結(jié)合觸覺(jué)和視覺(jué)這兩種感官的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)出了視觸覺(jué)傳感器（VBTS），實(shí)現(xiàn)了一種超越自然的人工觸覺(jué)能力，展現(xiàn)出單憑任何一種感官都無(wú)法達(dá)成的卓越性能。視觸覺(jué)傳感器通過(guò)光學(xué)方法從圖像中提取豐富的接觸信息，能夠?qū)崿F(xiàn)高空間分辨率的觸覺(jué)感知，且有抗電磁干擾，傳感信息豐富，無(wú)需器件陣列等優(yōu)點(diǎn)，已在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
本綜述梳理了視觸覺(jué)傳感器近年來(lái)的重大進(jìn)展，重點(diǎn)關(guān)注其測(cè)量能力、性能參數(shù)、器件設(shè)計(jì)以及應(yīng)用場(chǎng)景。其中性能參數(shù)不僅是評(píng)估視觸覺(jué)傳感器能力的基礎(chǔ)，也是指導(dǎo)其設(shè)計(jì)和優(yōu)化的關(guān)鍵準(zhǔn)則。本文通過(guò)對(duì)性能參數(shù)概念的統(tǒng)一以及目前視觸覺(jué)傳感器性能指標(biāo)的對(duì)比，幫助研究人員快速理解和比較不同的 VBTS，了解視觸覺(jué)傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀與測(cè)量能力。此外，本文對(duì)視觸覺(jué)傳感器的器件設(shè)計(jì)開(kāi)展深入探討，包括接觸模塊的材料和結(jié)構(gòu)，照明模塊和攝像模塊的選擇，以及數(shù)據(jù)處理方法等，分析現(xiàn)有的器件設(shè)計(jì)方式如何影響性能參數(shù)，為視觸覺(jué)傳感器的選擇、設(shè)計(jì)、優(yōu)化及實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)指導(dǎo)。本文得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0249440
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