基于蟑蜍尺度触觉感知与导航的仿生机器人天线设计
机器人学
2025-08-01 v1
摘要
美国蟑蜍 (Periplaneta americana) 利用柔软的触角从数万个分布式机械传感器中提取丰富的触觉信息，以指导决策。尽管触觉传感器能够在自然系统中实现稳健、自主的感知与导航，但在虫类规模的机器人中实现这些能力仍具有挑战，因为严苛的尺寸、重量和功耗限制限制了现有传感技术。为克服这些限制，我们引入了 CITRAS (Cockroach Inspired Tactile Robotic Antenna，仿蟑蜍触觉机器人天线)，一种仿生、多分段、柔性层压传感器，集成了电容式角度传感器。CITRAS 紧凑 (73.7×15.6×2.1 mm)，轻便 (491 mg)，低功耗 (32 mW)，能够无缝集成到微型机器人平台中。分段柔性结构被动地随环境刺激而弯曲，实现最大误差仅为 0.79 度 (准静态弯曲) 和 3.58 度 (动态弯曲) 的精确 hinge 角度测量。实验评估表明，CITRAS 具备多功能触觉感知能力：以 7.75% 的误差预测基座到末端距离，以 6.73% 的误差估计环境缝隙宽度，并通过差异传感器响应区分表面纹理。将来将该仿生触觉天线集成到虫类规模的机器人中，可解决关键感知瓶颈，为在复杂、狭窄环境中的自主探索、障碍规避和环境映射提供增强能力。
引用
@article{arxiv.2507.23719,
title = {Design of a bioinspired robophysical antenna for insect-scale tactile perception and navigation},
author = {Parker McDonnell and Lingsheng Meng and Hari Krishna Hariprasad and Alexander Hedrick and Eduardo Miscles and Samuel Gilinsky and Jean-Michel Mongeau and Kaushik Jayaram},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.23719},
year = {2025}
}