用于灵敏智能机器人触觉的大规模集成柔性触觉传感器阵列

在智能机器人的长期探索中，赋予机器人类人感官（尤其是视觉与触觉）一直被视为愿景。尽管过去数十年图像传感器与计算机视觉取得巨大进展，但由于缺乏具有高灵敏度、高空间分辨率与快速响应的大规模柔性触觉传感器阵列，触觉感知能力仍相对滞后。本工作中，我们通过将高性能压阻薄膜（PRF）与碳纳米管薄膜晶体管大面积有源矩阵集成，展示了具有 0.9 mm 创纪录高空间分辨率（相当于每英寸 28.2 像素）的 64×64 柔性触觉传感器阵列。具有自形成微结构的 PRF 在 MWCNTs 浓度为 6% 时表现出约 385 kPa⁻¹ 的高压敏性，而 14% 浓度者展现出约 3 ms 的快速响应时间、良好线性度、超过 1400 kPa 的宽检测范围以及超过 3000 次的优异循环稳定性。利用该全集成触觉传感器阵列，人工蜜蜂的足迹图被清晰识别。此外，我们通过将基于 PRF 的传感器阵列与基于忆阻器的存内计算芯片集成，硬件实现了一个智能触觉系统，用以记录与识别手写数字及中国书法，在硬件上分别取得 98.8% 与 97.3% 的高分类准确率。传感器网络与深度学习硬件的集成可实现显著降低了功耗与延迟的边缘或近传感器计算。我们的工作可为构建面向下一代智能机器人学的大规模智能传感器网络铺平道路。