视触觉“同源感知”柔性传感器，让智能识别更精准

视触觉“同源感知”柔性传感器，让智能识别更精准

视触觉融合感知能力是具身智能机器人认识世界的关键和难点。当前机器人在识别物体时，视觉和触觉通常是两套独立系统—一个负责“看”，一个负责“摸”。两种信息采集的位置不同、时间不同，需要后期算法进行融合。这种分立式的感知方案在复杂操作中容易出现信息错位和信号干扰，限制了对环境的准确感知。

8月20日，中国科学院深圳先进技术研究院材料人工智能研究所研究员陈明、杨春雷团队联合新加坡南洋理工大学教授魏磊团队在《自然—传感》（Nature Sensors）发表的最新研究解决了这一难题。

团队受海胆管足的启发，研发出了一种高灵敏度、低串扰的仿生视触觉传感器，首次在单一柔性材料单元内实现了光电信号与压力信号的同源、同步感知。物体识别的准确率从单一模式最高的80%提升至96%。该研究为柔性多模态传感提供了一种全新的材料与器件范式，有望为具身智能、人机交互和精密制造等领域带来新的“同源感知”方案。

深圳先进院在读博士生赵彬喆为论文第一作者；陈明、杨春雷、魏磊为论文共同通讯作者。深圳先进院为论文第一单位。

受海胆启发，打破“信息孤岛”

柔性传感器因其机械适应性和轻量化设计，在医疗健康、机器人、可穿戴电子等领域展现出巨大潜力。当前，传感器在环境的感知方式上，可以实现非接触式感知（相当于“看”），压力传感器则负责接触式感知（相当于“摸”）。

示意图：传统视触觉传感器（左）存在离散化，空间偏差，时间偏差等问题，团队研发的视触觉同源感知传感器（右），实现光电-压力信号同位置、同步感知。研究团队供图

然而，目前大多数系统的光电单元和压力单元在空间上分离布置，两种信号采集的时间也不同步，需要后期算法进行融合。“这就形成了‘信息孤岛’，使得传感器在物体材质区分、动态环境感知、多物理场同步监测等复杂任务中容易出现信息错位和信号干扰，限制了系统对环境信息的综合理解能力。”论文共同通讯作者、深圳先进院研究员陈明解释。

另外，在设计双模态柔性传感器时，存在硅基材料脆性大、胶体量子点载流子迁移率低、二维材料光吸收效率不足等多重挑战。压力传感器普遍面临非线性响应和界面失稳等问题。

研究团队注意到，海胆的管足在自然界中是一种独特的感知单元——感光细胞和机械感觉细胞集成在同一个生物结构内，能够实现局部的信息整合。受此启发，团队提出了一种新的设计思路：将光电感知和压力感知集成到同一个柔性材料单元中，实现“同源、同步”的视触觉感知。

同源同步感知，识别物体更精准

在该研究中，团队设计了一种垂直集成的传感器结构。器件包含两个功能层—上层为SnSexSy/PTAA光电异质结（负责感知光），下层为PP/FCNT共价键合导电网络（负责感知压力）—通过共享电极垂直集成。两种信号通过独立的通道读出。

“该研究历时三年，最大的挑战在于，如何将两种感知功能集成在同一个柔性材料单元内，同时确保信号互不干扰。我们通过模量匹配的力学隔离设计和独立双通道信号读出架构，从力学和电路两个层面解决了串扰难题。”陈明介绍。

主题：传感器|深圳先进院|需要后期算法进行融合