柔性壓力傳感器可以用于人機交互、軟體機器人、康復醫療等領域，是觸覺傳感器的重要成員之一。然而，現有柔性壓力傳感器在高靈敏度、高穩定性以及高傳感范圍等方面仍然存在較大挑戰，限制了其在機器人領域的廣泛應用。自動化所先進機器人團隊程龍研究員等將結構設計與光電原理相結合提出了一種柔性壓力傳感新思路--基于主動遮擋的光電式壓力傳感器，該傳感器與傳統光纖式傳感器相比，靈敏度能夠提升約一個數量級。

基于主動遮擋的光電式壓力傳感器由LED、光敏元件、傳感器外殼以及遮光結構組成，具有結構簡單、靈敏度高、穩定性好的特點。當傳感器受到外界壓力時，傳感器外殼與遮光結構同時變形，與傳統的光電式傳感器相比，大大提升了通光面積的變化率，與傳統光纖式傳感器相比，大大提升了靈敏度。傳統柔性壓力傳感器如Flexiforce-A301單個售價約30美元，且依靠進口。而本文提出的傳感器通過模具澆注制成，結構簡單，制作成本低，單個傳感器制作成本僅約為0.5美元。 

 

此外，該傳感器性能可以通過改變遮光結構來靈活調整，以滿足不同的使用場景。其可以采用的兩種不同的遮光結構為：單列金字塔和雙列金字塔。 

其中，采用單列金字塔結構的傳感器特點在于初始靈敏度高，適用于碰撞檢測等使用場景，甚至可以感知到輕至頭發絲的觸碰。如果將該傳感器安裝在機械臂末端，那么，一片薄薄的薯片就足以控制機械臂運轉。

而采用雙列金字塔結構的傳感器具有較大傳感范圍和高信噪比，適合用于人機交互力的檢測。團隊基于該傳感器制作了觸覺數據手套，可以用于虛擬音樂彈奏、水果重量測量等應用。

本研究獲得北京市杰青項目支持，相關成果已發表在《Soft Robotics》上。 

 

Zhengwei Li, Long Cheng, and Zeyu Liu. Intentional Blocking based Photoelectric Soft Pressure Sensor with High Sensitivity and Stability. . Ahead of print http://doi.org/10.1089/soro.2021.0186