隨著人工智能的發展，剛度傳感器在各個領域得到了廣泛應用，其與機器人的集成進行自動觸診得到了廣泛的關注。清華大學深圳國際研究生院的丁文伯副教授課題組提出了一種基于摩擦納米發電機的寬量程自供電剛度傳感器(Stiff-TENG)，用于軟物體中的異物檢測。Stiff-TENG采用了堆疊結構，其組成包括ITO、彈性海綿、帶有導電油墨電極的FEP膜，以及帶有屏蔽層的亞克力板。通過解耦信號中包含的力信息和總位移信息，Stiff-TENG能實現對物體剛度的快速檢測。

在這項工作中，提出了一種基于TENG的具有寬測量范圍的自供電剛度傳感器。Stiff-TENG由ITO薄膜、涂有導電油墨印刷電極的FEP薄膜和單孔彈性海綿組成。兩塊亞克力板分別貼在FEP和ITO薄膜上。另外，底部貼有屏蔽膜并接地。Stiff-TENG無需其他傳感器的輔助，就可以在4毫米范圍內解耦物體的剛度。

由于Stiff-TENG能夠響應不同的壓制過程，因此研究了非均勻分布的異構剛度物體的特性。此外，Stiff-TENG可用于識別隱藏不同形狀、尺寸、數量和硬度的不同材料的物體。原因是封裝在物體內的異物，無論其形狀、大小和數量如何，都會改變物體抵抗變形的整體能力。通過數據增強、歸一化、FFT和機器學習組成的處理流程，識別準確率達到99.7%。產生的信號可以實時顯示在計算機界面上。由于Stiff-TENG可以識別其封裝結構與人體軟組織病變或癌性生長中發現的相似特征的物體，因此在自供電觸診傳感方面具有巨大的潛力。

研究亮點

1.提出了一種采用彈性海綿和屏蔽層的寬范圍摩擦電傳感器系統，可以以低成本實現1.0秒內的快速剛度識別。

2.提出了一種通過提取信號特征來快速識別剛度的新算法，有效減少了計算資源的需求。

3.所提出的傳感器系統可以識別物體的多層剛度結構，能夠有效識別軟物體中的可變夾雜物，準確率達到99.7%。

相關文獻

論文名為“A Broad Range Triboelectric Stiffness Sensor for Variable Inclusions Recognition”，發布在《Nano-Micro Letters》，鏈接地址https://doi.org/10.1007/s40820-023-01201-7