图1 触觉感知的机制和过程

软机器人技术的快速发展凸显了触觉感知日益增长的重要性。目前，大多数用于软体机械手的触觉传感技术依赖于单个传感器或多个触觉传感器阵列。然而它们提供的触觉感知信息有限，限制了全面触觉反馈的能力。除此之外，现有的触觉感知系统表现出相对较低的集成水平，并且容易受到电磁干扰，从而降低了触觉感知的精度。胡须作为啮齿类动物的主要触觉感觉器官，具有高灵敏度和灵活性，可实现复杂环境的导航；人类指尖皮层下含有各种感觉感受器和神经元，它们相互配合可以准确地感知来自外部物体的接触和压力。因此，课题组从啮齿动物胡须和人类指尖的触觉感知机制中汲取灵感（如图1），利用光纤传感器的分布式传感优势模拟了触觉感知神经系统，提出了一种具有仿生触须和毛发状结构的多模态触觉感知软机器手指，以实现对多种模态的触觉感知（图2）。

图2 多模态触觉感知识别概览

图3 手指力感应特性

如图4所示，我们利用悬臂梁模型设计了长度约为10mm，直径1mm的仿生触须，该触须能识别三种不同触碰方位以及辨别触碰强度，真实的还原了啮齿类动物的主要触觉感觉器官。该软体机械手指尖在不同粗细的砂纸表面上滑动时，可以有效区分砂纸的不同目数及滑动方向，在神经网络CNN模型下的识别精度可达98.78%。

图4 触须感知和粗糙度识别

该仿生手指具有模拟人手指腹定位能力（视频1）以及对不同刚度材料的识别能力（视频2），通过建立卷积神经网络模型，对指腹位置识别和刚度识别的准确度分别可达97.79%和98.38%（图5）。不仅如此，该手指构成的二指平行软体机械手对不同曲率半径的橘子具有较高的识别能力（96%），有望在农业的无损采摘和分类中发挥重大作用。

1、受自然世界中触觉感知机制的启发，我们有机融合了触觉感知机制、仿生结构和光纤感知系统，提出一种具有仿生触须和毛发的柔软机器人手指；

2、该新型仿生触须软机器人手指集成了多模态触觉感知能力，模拟了老鼠触须和人体指尖的触觉功能，实现了触碰方位感知、接触力感知、表面粗糙度感知、接触位置感知和材料刚度识别等；

3、利用仿生手指的多模态触觉感知协同作用，轻松实现对易碎物体的无损操纵，除此之外，针对水下非结构化环境，成功实现了对水下透明物体的探测与抓取，从而说明了其在不同应用领域的巨大潜力。