A robotic sensory system with high spatiotemporal resolution for texture recognition

人工智能 计算机科学 感觉系统 计算机视觉 触觉技术 触觉传感器 机器人学 机器人 生物 神经科学
作者
Ningning Bai,Yiheng Xue,S.Y. Chen,Sheng Lin,Junli Shi,Yuan Zhang,Xuejiao Hou,Cheng Yu,Kaimin Huang,Weidong Wang,Zhang Jin,Yuan Liu,Chuan Fei Guo
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:18
标识
DOI:10.1038/s41467-023-42722-4
摘要

Abstract Humans can gently slide a finger on the surface of an object and identify it by capturing both static pressure and high-frequency vibrations. Although modern robots integrated with flexible sensors can precisely detect pressure, shear force, and strain, they still perform insufficiently or require multi-sensors to respond to both static and high-frequency physical stimuli during the interaction. Here, we report a real-time artificial sensory system for high-accuracy texture recognition based on a single iontronic slip-sensor, and propose a criterion—spatiotemporal resolution, to corelate the sensing performance with recognition capability. The sensor can respond to both static and dynamic stimuli (0-400 Hz) with a high spatial resolution of 15 μm in spacing and 6 μm in height, together with a high-frequency resolution of 0.02 Hz at 400 Hz, enabling high-precision discrimination of fine surface features. The sensory system integrated on a prosthetic fingertip can identify 20 different commercial textiles with a 100.0% accuracy at a fixed sliding rate and a 98.9% accuracy at random sliding rates. The sensory system is expected to help achieve subtle tactile sensation for robotics and prosthetics, and further be applied to haptic-based virtual reality and beyond.
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