南工大黄维院士/孙庚志/安工程郑贤宏AM：仿生触觉传感系统让机器人拥有“人类指尖”般的细腻感知

摘要：想象一下，未来的机器人不仅能灵活抓取物体，还能像人类一样感知丝绸的顺滑、砂纸的粗糙，甚至区分不同面料的细微纹理。这一切的关键在于“触觉”。近日，南京工业大学黄维院士、孙庚志教授，安徽工程大学郑贤宏博士，联合南开大学、复旦大学、金陵科技学院等单位众多合作者，在《

想象一下，未来的机器人不仅能灵活抓取物体，还能像人类一样感知丝绸的顺滑、砂纸的粗糙，甚至区分不同面料的细微纹理。这一切的关键在于“触觉”。近日，南京工业大学黄维院士、孙庚志教授，安徽工程大学郑贤宏博士，联合南开大学、复旦大学、金陵科技学院等单位众多合作者，在《Advanced Materials》发表重磅研究成果，研发出一种仿生纺织触觉传感器及系统，首次在单一器件中实现静态力与动态振动的高精度同步感知，让机器人触觉迈入新纪元。

图1.仿生触觉感知系统的设计理念

研究亮点：三维蜂窝织物，破解触觉难题

传统触觉传感器需多层电路分别模拟“静态压力”和“动态振动”感知，导致设备笨重、信号易干扰。而这项研究创新设计三维蜂窝状纺织结构，灵感源自人类指尖的机械感受器：

高灵敏度：静态压力灵敏度达2486.9 kPa⁻¹，响应速度10毫秒，比人类皮肤（30-50毫秒）更快！

双模感知：单器件同步捕捉静态力和高频振动，精准还原触觉细节。

超强耐用：2.4万次压力循环测试后性能无衰减，轻松应对高强度使用场景。

技术突破：AI赋能，秒速识别纹理

团队将传感器与机器学习算法结合，打造全自动纹理识别系统：

精准分类：对21种面料的识别精度超98.9%，最高达100%。

极速响应：支持50-300毫米/秒的扫描速度，远超同类技术。

自适应场景：即使在曲面、海绵等复杂表面，识别精度仍保持95%以上，展现强大鲁棒性。

图2. 基于触觉传感器和机器学习进行表面纹理感知

应用前景：从假肢到工业机器人

智能假肢：赋予截肢者真实的触觉反馈，抓握物体时感知力度与材质，提升生活品质。

人形机器人：助力家庭服务、医疗护理机器人更安全地操作易碎物品，如区分玻璃杯与塑料杯。

工业质检：快速检测纺织品瑕疵，或用于汽车制造中精密零件的表面质量评估。

虚拟现实：结合触觉手套，让VR交互更具沉浸感，“触摸”虚拟世界不再是梦。

图3 .实时表面纹理识别系统的设计与验证

南京工业大学硕士研究生张润润为论文共同第一作者，金陵科技学院张曌博士、南京工业大学博士研究生石宇、安徽工程大学纺织服装学院硕士研究生丁斌斌以及《智能服装与应用》交叉课程学生李贵阳（通信工程231班）等众多合作者也为本文做出重要贡献。

【通讯作者简介】

郑贤宏，安徽工程大学副教授，硕士生导师，入选2023年、2024年世界前2%顶尖科学家、安徽省高校青年拔尖人才、安徽省高校优青、芜湖市青年科创先锋等称号。美国The University of Texas at Dallas联培博士（导师：美国工程院院士Ray Baughman教授）。主要从事柔性智能可穿戴器件的相关研究工作，在上述领域以第一作者及通讯作者在Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Carbon Energy、Small等国际期刊发表SCI论文30 余篇，6 篇论文入选ESI高被引论文、封面和Hot Topic专题，主持国家自然科学基金、安徽省自然科学基金青年基金和面上基金等，担任Infomat、Soft Science、Information & Functional Materials等期刊青年编委，Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Advanced Science、Small、Small methods、Nano-Micro Letters、Journal of Materials Chemistry A、ACS Nano、Chemical Engineering Journal等3 0 余个国际SCI期刊兼职审稿人。