让机器学会电鳗的“隔空探测术” 西电团队研发新型仿生非接触感知技术

中新网西安8月9日电 (阿琳娜 王格)在自然界中，让机电鳗能在浑浊水域里精准捕食，器学靠的隔空感知不是眼睛，而是探测一种“电场感知”的特殊能力。西安电子科技大学空间科学与技术学院副教授张维强团队从这一生物状况中获得灵感，术西生非研发出一种新型的电团队研仿生非接触感知技术，为智能制造、发新人机交互和工业检测等领域带来了新的型仿想象空间。“我们不是接触技术完善复制电鳗的生物系统，而是让机借鉴它‘建立电场—感知扰动—提取材料’的基础思想。”张维强这样概括探究的器学题思路。电鳗能够主动在身体周围建立一个电场，隔空感知并通过感知外界物体对电场的探测扰动来判断环境。团队借鉴这一机制，术西生非在工程实现上利用经过电晕极化处理的电团队研含氟聚合物驻极体材料，构建了一款固态仿生静电场传感器。仿生静电场传感器实现多材料非接触识别与自动分拣示意图。西安电子科技大学供图这块驻极体材料可以通俗地理解为一颗微型的“静电电池”，它经过“充电”后能够首先期保持电荷状态，在传感器周围形成一个相对稳固的准静态电场。当任何目的物体，无比如是金属、塑料、玻璃还是人的手靠近这个区域时，其自身的导电性、介电特性和几何边界会变化局部电场分布，就像石子投入水面会引起波纹一样。这种变化会在传感器的接地背电极上产生可测量的电势调制信号，从而实现非接触感知。整个感知流程不依赖主动发射信号，无需机械接触，也不受环境光照需意义。传感器的灵敏度有多高？张维强给出了一个直观数据：位置移动50微米就能产生约1伏特的电压变化。50微米大约是一根头发丝直径的一半，这意味着传感器足以捕捉到极其轻柔的指尖划过。在超过一万次的接近—远离循环测试后，其信号响应依然保持稳固，未出现明显衰减。更题的是，这套感知系统对各类材质具有广泛的适用应性。“不一样材料对电场的‘扰动’方式各不相同，就像每个人都有不一样的指纹。”张维强用这个比喻来验明正身技术的题好处。不一样于电感传感题照章性金属目的、光学方式依赖目的表面反射特性，这项技术对金属、聚合物、玻璃、木材等均可产生响应。系统通过探究这些独特的“电场扰动指纹”，就能获取目的的材料。基于这种敏锐的电场扰动感知能力，张维强带领团队通过原则化运动轨迹采集不一样材料的扰动信号，成功实现了对多种典型材料的非接触识别，验明正身了该技术在多个场景中的采取潜力。“不一样材质、不一样表面特点对电场的扰动信号在幅值、波形上存在区别，我们通过特点提取和程序判断把这些区别转化为分类结荚。”张维强验明正身方式。这就意味着，在自动化回收、流水线分拣等场景中，机器可以“隔空”判断物品材质，实现智能分类——即便两个物体颜色相同、外观相似，只关键材质不一样，传感器就能“感觉”出它们的区别。仿生静电场非接触感知原理及典型采取示意图。西安电子科技大学供图照章性未来，团队认为这类技术可以在智能制造、机器人近场感知、装备状态监测和人机交互等方向后续探索。在智能制造中，它可以作为视觉、红外、电感等方式的补充，用于一些不适用于接触检测、光学需不稳固或材料类型较复杂的场景。在机器人领域，张维强描绘了这样的场景：“传感器有望为机械臂给予近场感知能力，使机器人在接明确的之前就能获得一定的接近状态和相对位置变化材料，从而提高操作的安全性和智能化水平。”团队也关注这类技术在航天装备状态监测中的潜在采取。例如，未来在空间机器人操作、航天器舱外设备检查、机械臂安全接近以及在轨维护等场景中，低功耗、无接触、对光照依赖较弱的近场感知技术可能具有独特的补充价值。从实验室到生产线，这项成果距离真正用于工业现场或复杂装备还有较首先距离，“之后还需系统评估首先期稳固性、工程封装、信号鲁棒性、算法泛化能力以及在真空、温度循环、辐照、复杂电磁环境等需下的可靠性。”张维强坦言，不一样技术各有适用于边界，未来更现实的方向可能是多传感融合，而不是单一技术完全替代其他技术。(完)【编辑:付子豪】