麥姆斯咨詢獲悉，近日，東南大學電子科學與工程學院王炳昊教授團隊在《自然通訊》發表機器人三維力觸覺感知技術成果。相關研究成果以“Ultraflexible photoelectrical impedance tomography-based imager for 3-axis robotic tactile sensing（用于機器人三維力觸覺感知的超柔性光電拓撲圖像傳感器）”為題，2026年3月發表于《Nature Communications》。
觸覺成像技術旨在賦予機器人系統感知接觸界面壓力分布與紋理特征的能力，是實現精細操作與物體識別的基礎。傳統觸覺傳感器多采用交叉陣列結構，其分辨率與互連線數量呈正相關，帶來串擾、單點失效與制造成本上升等系統性問題。與此同時，現有三維力感知方案——包括電容式、壓阻式、磁感應式及基于CMOS圖像傳感器的光學方案——普遍存在結構復雜、柔性不足或無法有效解耦法向力與剪切力的局限，限制了其在復雜曲面上的集成應用與人形機器人等場景中的部署。
本研究提出了一種基于光電阻抗層析成像（PIT）的超柔性圖像傳感器。與傳統陣列式設計不同，該器件僅在感測區域外圍布置16個電極，內部無任何互連線。其成像原理采用電阻抗層析成像（EIT）框架：通過循環向相鄰電極對注入電流，并測量其余電極對上的電壓響應，利用EIDORS軟件結合有限元模型重構出感測區域內的阻抗分布，進而反推光場分布。該架構實現了超過80的像素-互連比，并具備損傷容限特性——即使感測區域發生局部穿刺，外圍電極仍可維持正常功能。在機械柔性方面，該傳感器可緊密纏繞于半徑僅0.3 mm的針頭，電壓波動控制在4.8%以內，展現出優異的共形能力。在成像性能上，PIT成像器可同時追蹤最多五個紫外光斑，空間分辨率達1.5 mm。
為實現三維力感知，PIT傳感器與光散射多孔橡膠層及柔性UV LED光源集成，構成完整的觸覺單元。多孔橡膠通過糖顆粒模板法制備，平均孔徑約100 μm，具有良好的力學回彈與光散射特性。在無壓力狀態下，橡膠層對LED入射光產生均勻散射；施加法向力時，內部孔隙壓縮，散射減弱，光斑強度增強且區域集中；施加剪切力時，光斑出現與力方向一致的偏移。為驗證系統在觸覺識別任務中的有效性，研究團隊將PIT重構圖像輸入ResNet-18卷積神經網絡進行分類訓練。訓練數據涵蓋球面、立方體面、棱邊與頂點四種幾何接觸模式，經過訓練后，網絡在測試集上的平均分類準確率達到96.5%。
論文的概念提出者和通訊作者、東南大學王炳昊教授說：“這項研究就像給機器手穿上一件超薄、智能、不怕損壞的“電子皮膚”。它用巧妙的邊緣電極設計替代了密密麻麻的內部電線，用光斑分析代替了復雜的傳感器陣列，讓人工智能幫助機器人“讀懂”觸摸的感覺”。
該研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金以及江蘇省研究生科研與實踐創新計劃等項目的資助與支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-026-70599-6
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