图1基于指尖六维力传感器的内生触觉感知。


　　本报讯（全媒体记者 韩如意）近日，中国科学技术大学工程科学学院、人形机器人研究院传来捷报，王洪波研究员课题组成功研制出一款名为“OriCube”的指尖大小六维力/力矩（F/T）传感器。该成果为机器人实现“像人一样用手指触摸与操作”提供了关键的感知能力。
　　触觉被认为是实现灵巧操作与安全人机交互的核心。然而，现有指尖触觉方案常面临布线复杂、数据处理负担重以及曲面适配性差等难题。王洪波课题组另辟蹊径，提出以嵌入式六轴力/力矩传感器为核心，结合几何模型实现“内生触觉感知”（ITS）的创新方案。该方案能以更简洁的系统结构，实时获取接触信息。
　　“OriCube”传感器体积仅为14×14×12立方毫米，重量仅有4克，体积与重量均与成人指尖相仿。尽管身形小巧，其性能却十分强大：在23牛顿（N）的量程下，它能实现3毫牛（mN）级的分辨率，这意味着它可以感知到一根羽毛轻轻扫过的微小力度。
　　在技术设计上，OriCube展现了极高的集成度与创新性。它采用基于柔性电路板（FPC）一体制造的折纸式三维线圈阵列，利用电涡流耦合效应，精确测量金属外壳在六个自由度（平移与转动）上的微小位移。同时，通过模块化的12个硅胶“微弹簧”弹性体，将外部施加的力/力矩转换为壳体的位移，并允许独立调节各轴向的刚度，从而在微小尺寸内实现了灵敏度与量程的最佳平衡。
　　严格的测试结果显示，OriCube在指尖尺寸的约束下实现了高性能测量：不仅体积小、重量轻、功耗低至45毫瓦，还具备极低的轴间串扰（约2.24%）和高测量精度（最大误差小于2%）。在长达6小时的连续运行中，其漂移量小于0.2%，展现出极佳的稳定性。此外，该传感器既能感知微弱接触，又能承受锤击等强冲击，并对外界磁场干扰具备良好的抑制能力，确保了在复杂工况下的可靠运行。
　　研究团队进一步将OriCube嵌入3D打印的仿生指尖，结合内生触觉感知（ITS）方法，在指尖曲面上成功实现了接触点位置与接触力矢量的实时同步估计。实验数据表明，该触觉感知结果与外部高精度参考力传感器的数据高度吻合。
　　该工作为机器人灵巧手的触觉感知提供了一种低成本、高鲁棒性、易于集成的新方案，有望极大提升机器人在不确定环境下执行复杂操作任务的能力。