作為下一代生物識(shí)別技術(shù)，光學(xué)觸覺(jué)傳感器正受到廣泛關(guān)注。這些傳感器能夠從單個(gè)圖像中分析動(dòng)態(tài)力，超越了現(xiàn)有光學(xué)系統(tǒng)的局限性，在筆跡情感分析、表面特征描述和防偽措施等不同領(lǐng)域創(chuàng)造了潛在的應(yīng)用。

由UNIST能源與化學(xué)工程學(xué)院的Jiseok Lee教授、Hyunhyub Ko教授和 Donghyuk Kim教授以及首爾國(guó)立大學(xué)的Jungwook Kim教授組成的合作研究小組，開(kāi)發(fā)出了一種能實(shí)時(shí)分析動(dòng)態(tài)觸摸信號(hào)的光學(xué)觸覺(jué)傳感器。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）上。

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基于上轉(zhuǎn)換納米晶體 （UCN） 的光學(xué)觸覺(jué)傳感器，類(lèi)似于人類(lèi)皮膚。

以前的傳感器僅限于測(cè)量靜態(tài)力或動(dòng)態(tài)力，而這一研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)的技術(shù)可以同時(shí)分離和分析這些力。值得注意的是，這一進(jìn)步為直觀呈現(xiàn)手寫(xiě)速度和壓力的變化，以及通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)分析進(jìn)行個(gè)體識(shí)別提供了新的可能性。

這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的核心是上轉(zhuǎn)換納米粒子，它有助于對(duì)動(dòng)態(tài)力進(jìn)行高分辨率測(cè)量，并通過(guò)吸收近紅外線準(zhǔn)確檢測(cè)外部刺激。

為了加強(qiáng)數(shù)據(jù)分析，研究團(tuán)隊(duì)采用了機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，以更精確地處理傳感器收集的數(shù)據(jù)。他們的機(jī)器學(xué)習(xí)算法有效地分離了動(dòng)態(tài)觸摸信號(hào)中的垂直壓力和摩擦剪切力，并準(zhǔn)確地識(shí)別了這些力的方向。通過(guò)有限元分析，進(jìn)一步確認(rèn)了傳感器內(nèi)力傳輸路徑和信號(hào)變化的有效性。

傳感器的設(shè)計(jì)模仿了人體皮膚的感覺(jué)結(jié)構(gòu)，提供了力檢測(cè)的放大功能。它能從單個(gè)光學(xué)圖像中同時(shí)分辨出垂直壓力和摩擦剪切力，能夠檢測(cè)出物體受到輕壓時(shí)產(chǎn)生的低至 0.05 牛頓的微小力，并擁有令人印象深刻的9.12毫秒響應(yīng)時(shí)間。

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高時(shí)空光學(xué)觸覺(jué)識(shí)別演示

所開(kāi)發(fā)的傳感器不僅可用于手寫(xiě)分析，還可用于指紋識(shí)別和盲文解讀。在實(shí)踐中，研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了將盲文轉(zhuǎn)換為語(yǔ)音的系統(tǒng)，證明了傳感器在動(dòng)態(tài)生物識(shí)別系統(tǒng)和防偽場(chǎng)景中的實(shí)用性。

Lee教授指出：“這是第一項(xiàng)通過(guò)模仿人體皮膚的感覺(jué)結(jié)構(gòu)，同時(shí)將靜態(tài)壓力和動(dòng)態(tài)摩擦可視化的研究，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)將這兩種力分離，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)分析。”

第一作者 Changil Son 強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“這種簡(jiǎn)單的傳感器結(jié)構(gòu)為未來(lái)在動(dòng)態(tài)壓力量化方面的應(yīng)用帶來(lái)了希望，尤其是在高靈敏度手寫(xiě)檢測(cè)方面。”

共同作者 Chaeyong Ryu 說(shuō)：“這些進(jìn)展將有助于開(kāi)發(fā)適用于機(jī)器人技術(shù)的基于人工智能學(xué)習(xí)的傳感器。”

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論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1038/s41467-024-52331-4