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  機器觸覺系統在智能機器人等領域有十分重要的應用前景。基于柔性傳感陣列的人工觸覺是機器觸覺領域的前沿和熱點研究方向。基于水凝膠的應力應變傳感器具有柔軟可拉伸、仿形度高、貼附性好等優點，可感知力、溫度等刺激，成為近年來柔性仿生人工觸覺研究的熱點。然而，水凝膠受熱易失水、受凍易結冰，在高低溫等惡劣環境下工作時，往往會喪失傳感性能和機械性能；在長期動態載荷下，水凝膠內部結構易破壞，導致機械性能遲滯(Hysteresis)現象，使得傳感信號延遲和失真。因此，研究和開發低遲滯、耐高低溫的凝膠材料，使其在高低溫環境中保持穩定的可拉伸性、韌性以及傳感特性，是仿生柔性人工機器觸覺研究和發展亟待解決的關鍵科學問題。

圖1 低遲滯高韌性有機水凝膠的結構和力學性能。

圖2 有機水凝膠的應變和應力傳感靈敏度和穩定性。

  該凝膠采用甘油-水二元溶劑體系，顯著降低了冰點和蒸汽壓，使有機水凝膠在低溫下不結冰、高溫下幾乎不失水。DSC研究結果表明，凝膠在-100°C~0°C范圍凝膠不結冰。在60°C，凝膠的保水率達60%以上。因此，在-18 °C和60 °C環境下，凝膠保持優異的柔韌性（圖3a,b）和應力應變傳感性能；循環拉伸100次，凝膠傳感基線和信號保持穩定（圖3c,d）。

圖3 有機水凝膠在高低溫環境中保持優異的柔性和傳感魯棒性。

  該團隊探索了有機水凝膠應變和應力傳感陣列在機器人運動感知、手勢識別和抓握感知等方面的應用。為了實時監測機械手的運動過程，在手指背安裝應變傳感陣列（圖4a），每根手指的運動導致凝膠傳感器拉伸變形、電導率/電阻率變化，產生手指運動狀態信號（圖4b），信號強度反映了手指的彎曲程度，通過五個通道分別采集五根手指的運動，綜合分析信號特征，可識別機械手的運動和手勢（圖4c）。

圖4 有機水凝膠應變和應力傳感陣列用于機械手運動監測和物體感知。

圖5 機器學習輔助的人工觸覺用于物體形狀識別。

  該研究工作通過簡單的材料結構設計獲得了高強韌、低遲滯的有機水凝膠，解決了水凝膠易失水、易結冰、結構破壞而導致喪失性能的難題，使有機水凝膠傳感器能夠在高低溫下長期穩定工作，初步驗證了基于該凝膠構建人工觸覺的可能性，為研制高性能、長壽命人工機器觸覺、推動其在新一代智能機器人領域的應用提供了重要的思路。

  全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202408193