華研新型仿生非接觸感知技術
美 子 |
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仿生靜電場感測器實現多材料非接觸識別與自
動分揀示意圖
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團隊從電鰻中獲得靈感
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團隊在仿生非接觸感知研究方面取得進展
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仿生靜電場非接觸感知原理及典型應用示意圖
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基於靜電場擾動感知的無接觸手勢識
別與機械臂控制系統
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| 模仿電鰻“隔空探測術” 華研新型仿生非接觸感知技術 在自然界中，電鰻能在渾濁水域裡精準捕食，靠的不是眼睛，而是一種“電場感知”的 特殊能力。以此借鑒，研究團隊建立電場 ——感知擾動——提取資 訊的基本思路。 中國西安電子科技大學空間科學與技術學院日前發佈消息稱，該校團隊在仿生非接觸感知研究方面取得進展。研究受電鰻電定位機制啟發，提出了一種基於駐極體準靜態電場擾動的固態非接觸感知方法，並對其在接近預警、材料識別、塗層缺陷檢測和非接觸人機交互等場景中的應用進行了驗證。 研究人員指出，非接觸感知技術在智能製造、人機交互、機械人感知和工業檢測等領域具有重要應用需求。現有近距感知方法通常依賴光學、超聲、電感、磁性或電容耦合等機制，在目標材料複雜、光照條件變化、接觸受限或長期穩定運行等場景中仍存在一定局限。自然界中的電鰻能夠主動建立準靜態電場，並通過感知周圍物體對電場的擾動實現環境探測和目標識別。受這一機制啟發，研究團隊構建了基於電暈極化含氟聚合物駐極體的仿生靜電場感測器，通過預極化駐極體建立準靜態電場。當外界目標靠近或運動時，目標的導電性、介電特性和幾何邊界等因素會改變局部電場分佈，並在接地背電極上產生可測量的電勢調製信號，從而實現非接觸感知。 基於上述感知機制，團隊開展了多場景應用驗證。在接近預警和無接觸交互實驗中，感測器能夠響應目標或手部靠近引起的靜電場擾動，並輸出可區分的電勢信號，用於多級安全提示和非接觸開關控制。在材料識別方面，團隊通過標準化運動軌跡採集不同材料目標的擾動信號，實現了多種典型材料的非接觸識別，進一步展示了其在動態分揀中的應用可行性。在人機交互方面，團隊重點驗證了該傳感機制對手勢動作的非接觸識別能力。手部在傳感區域附近運動時，會改變駐極體建立的局部準靜態電場，並產生具有差異性的電勢響應信號。 通過對典型手勢信號進行時頻特徵分析，並結合神經網絡模型，系統實現了不同手勢類別的識別。團隊將識別結果與機械臂控制系統相結合，實現了從“手勢輸入——信號採集——智能識別——機械臂動作執行”的閉環演示。該結果說明，基於駐極體靜電場擾動的非接觸感知方法可為低功耗、無接觸人機交互和機械人控制提供一種可選技術路徑。 在塗層缺陷檢測方面，研究團隊以導電膜玻璃、不銹鋼／聚醯亞胺複合材料和紫外固化塗層為典型物件，製備了不同面積比例的缺陷樣品。實驗結果顯示，不同缺陷程度會引起具有差異性的電場擾動信號。結合輕量化卷積神經網絡模型，系統在三類樣品上的缺陷識別中取得了較好的分類結果。相關研究為發展低功耗、非接觸、材料適應性較強的新型智能感知器件提供了參考。 美子
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