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通过多模态传感与软材料提升3D打印人造皮肤的传感覆盖与柔顺性
Improving Sensing Coverage and Compliance of 3D-Printed Artificial Skins Through Multi-Modal Sensing and Soft Materials

作者: Carson Kohlbrenner, Caleb Escobedo, Sayak Ray 等8人
arXiv: 2604.25563v1
分类: cs.RO
📝 论文摘要
3D打印人造皮肤是实现全身触觉和接近感应的可扩展方法,但先前的实现仅限于单模态传感和刚性材料。为提升3D打印人造皮肤的实际可用性,我们提出了一种混合飞行时间(ToF)与自电容(SC)传感皮肤,实现了多模态传感集成、用于冲击吸收和压力传感的软质顺应覆盖层,以及在印刷导电线路与外部电子设备间的流线型电气接口。通过在FR3机器人手臂上部署六个包含40个传感元件的人造皮肤单元,我们展示了结合ToF和SC模态可实现接触检测、场景重建以及与顺应覆盖层相关联的压力相关性触觉响应。

📊 核心分析

🎯 研究动机
- 现有**3D打印人造皮肤(3D-printed artificial skins) ** 仅限于** 单模态传感(unimodal sensing) ** 和** 刚性材料(rigid materials)** - 目的是提高3D打印人造皮肤的实际可用性,实现更全面的触觉和接近覆盖 - 需要解决现有方法在冲击吸收、压力传感和电气接口方面的不足
🔧 核心方法
- 提出一种混合**飞行时间(ToF) ** 与** 自电容(SC) ** 的传感皮肤,实现多模态传感集成 - 采用** 柔软覆盖层(soft compliant covering) ** 用于冲击吸收和压力传感 - 设计流线型电气接口,用于连接打印导电迹线与外部电子设备 - 在** FR3机器人手臂**上部署6个人造皮肤单元,共40个传感元件进行验证
💡 核心创新
- **多模态传感融合(multi-modal sensing integration) ** :首次将ToF与SC模态结合,同时实现接触检测、场景重建和压力触觉响应 - ** 柔软材料覆盖**:替代刚性材料,提供冲击吸收且使压力传感具有相关性 - ** 简化电气接口**:解决3D打印导电迹线与外部电子设备的连接问题,提升系统集成度
🏆 总体贡献
- 提供了一种可扩展的**全身体感皮肤解决方案** ,结合多模态传感与柔软材料 - 在机器人手臂上成功演示了接触检测、场景重建和压力响应功能 - 推动了** 3D打印人造皮肤(3D-printed artificial skins)** 从单模态刚性结构向实用化多模态软体系统的进步