隨著未來(lái)幾年5G技術(shù)的建立，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)某杀緦⒋蟠蠼档汀Ｔ谖锫?lián)網(wǎng)（AIoT）下部署大量傳感器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)感知信息采集、數(shù)據(jù)管理和分析，這將使智能家居和智能制造成為可能。數(shù)字孿生（digital twin）是一個(gè)物理系統(tǒng)的數(shù)字拷貝,可進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，優(yōu)化產(chǎn)品和生產(chǎn)線。然而，由于在網(wǎng)絡(luò)空間建立一個(gè)與實(shí)體對(duì)等的數(shù)字系統(tǒng)的復(fù)雜性，取得的進(jìn)展非常有限。
來(lái)自上海大學(xué)、蘇州大學(xué)以及新加坡國(guó)立大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)合作報(bào)道了研制的傳感系統(tǒng)采用圖案化電極的觸覺TENG(T-TENG)傳感器，可以檢測(cè)軟體驅(qū)動(dòng)器抓手的滑動(dòng)、接觸位置和夾持方式。
研究成果解析
軟體驅(qū)動(dòng)器的彎曲角度測(cè)量通過(guò)長(zhǎng)度TENG(L-TENG)傳感器在帶電正齒輪與電負(fù)性材料之間的接觸分離產(chǎn)生信號(hào)測(cè)得。因此，無(wú)論是由自我驅(qū)動(dòng)引起的運(yùn)動(dòng)，還是由外界刺激引起的運(yùn)動(dòng)，都可以被感知。
此外，由一個(gè)單電極T-TENG和一個(gè)L-TENG傳感器組成的基于手套的人機(jī)交互界面用于對(duì)機(jī)械手進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，驗(yàn)證了實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)。其次，為了實(shí)現(xiàn)反饋功能，通過(guò)3D打印制造了集成TENG傳感器的三執(zhí)行器軟抓手。
利用ML技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，成功演示了軟體驅(qū)動(dòng)器抓手感知握持狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)象識(shí)別，并建立了數(shù)字孿生演示，在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中模擬機(jī)器人操作和實(shí)時(shí)目標(biāo)識(shí)別。軟體TENG傳感器的建立表明數(shù)字孿生在智能工廠的生產(chǎn)管理和產(chǎn)品預(yù)測(cè)的應(yīng)用上具有巨大的潛力。
圖1：用于軟體驅(qū)動(dòng)器抓手的低成本摩擦納米發(fā)電機(jī)(TENG)及其digital twin應(yīng)用的示意圖。
圖2：觸覺TENG（T-TENG）傳感器的工作機(jī)理及表征。
圖3：長(zhǎng)度TENG(L-TENG)傳感器的工作原理及其在HMIs中的實(shí)時(shí)驗(yàn)證。
圖4：結(jié)合TENG傳感器的軟體驅(qū)動(dòng)器抓手及機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練結(jié)果。
圖5：長(zhǎng)度TENG(L-TENG)和觸覺TENG(T-TENG)傳感器與digital twin無(wú)人倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)技術(shù)集成。
該工作提出并研究了一種結(jié)合兩個(gè)TENG傳感器的軟體驅(qū)動(dòng)器傳感抓手系統(tǒng)。通過(guò)T-TENG傳感器與L-TENG傳感器結(jié)合，無(wú)論是自我驅(qū)動(dòng)還是外界刺激引起的運(yùn)動(dòng)都可以被感知。
傳感系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信號(hào)處理能力表明了實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)在人機(jī)界面應(yīng)用的潛力?；诟倪M(jìn)的軟體驅(qū)動(dòng)器抓手,在重復(fù)的虛擬環(huán)境中,該數(shù)字孿生模型可以模擬機(jī)器人操作和實(shí)時(shí)目標(biāo)識(shí)別,并可以在下一代智能無(wú)人工廠和車間管理倉(cāng)庫(kù)方面進(jìn)一步用于裝配線生產(chǎn)控制管理。
