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用于人機交互的聲學和觸覺傳感器 |
| 來源:CAAI認知系統與信息處理專委會 時間:2022/4/6 |
| HMIs在人和機器之間的交互中發揮著關鍵作用。大多數現有的可穿戴HMI設備使用低頻(1-10赫茲)的觸摸或手的動作,如輕拍、彎曲和顫振,以向機器傳遞簡單的命令。 HMIs的新發展需要G頻信號檢測、增強現實、增強現實(AR)和物聯網(iot),需要對HMIs進行準確和直觀的控制,以傳遞來自人類的各種感官和生物信號。除了物體的低頻觸覺映射外,還需要基于G頻振動(80-300Hz)檢測的粗糙度和表面紋理感知,以便機器人皮膚準確地感知和操作物體。在各種候選的動態傳感器中,摩擦電傳感器(TESs)無需額外的電源就能在G頻動態刺激下立即響應。 韓國蔚山國立科學技術研究所Hyunhyub Ko課題組與Jae Joon Kim課題組合作報道了一種基于鐵電復合材料的分層大圓D/微孔/納米顆粒結構的雙模HMIs的頻率選擇性聲學和觸覺傳感器。該傳感器在大范圍的動態壓力和共振頻率范圍內顯示出G靈敏度和線性,這使得在寬頻率范圍(145-9000Hz)內具有較G的聲頻率選擇性,從而使噪聲無關的語音識別成為可能。 作者將頻率選擇多通道聲學傳感器陣列與人工神經網絡相結合,對從100到8000Hz的不同頻率噪聲顯示了超過95%的準確語音識別。證實了雙模傳感器在廣泛的動態壓力范圍下具有線性響應和頻率選擇性,有助于區分表面紋理和控制機器人同時使用聲學和機械信號作為輸入,而不受周圍噪聲的干擾。
作者開發了基于鐵電復合材料的G線性和靈敏度的TESs,其分層結構包括MD,MP和陶瓷納米顆粒。其實現機理是:分層幾何結構誘導了不同模量和G變形能力的非均勻材料界面上的應力集中,提供了應力J化的線性梯度,這提G了在較寬的動態壓力范圍(0至70kPa)內的G靈敏度(36nA/kPa)和線性度(1V/kPa)。作者通過在用于識別聲波、表面紋理和動態運動的動態接口設備中使用它們,演示了所提出的TESs的能力。利用分層TESs的結構設計,TESs的諧振頻率易于調諧,允許在寬頻率范圍(145至9000Hz)上實現G聲選擇性。這使得在與噪聲無關的語音識別設備的情況下,一個較G的準確率超過95%。此外,TESs的G靈活性和線性響應率有助于檢測和區分表面的精細紋理和機器人手的多功能運動。因此,分層TESs作為動態接口應用的下一代傳感器具有較大的潛力。
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