你有没有想过，未来的机器人能像宠物狗一样，靠 “嘴巴触摸” 感知世界？清华大学、深圳大学等团队最近研发出一款仿生机械发光视觉触觉传感器，灵感居然来自犬齿的咬合机制 —— 只要受力就会发光，普通相机就能捕捉信号，还能让四足机器人精准识别推、拉、旋转等 8 种互动动作，准确率高达 92.68%。这项以“A Bio-Inspired Event-Driven Mechanoluminescent Visuotactile Sensor for Intelligent Interactions”为名发表在《Advanced Functional Materials》的研究，让机器的 “触觉感知” 变得更像生物，也更聪明。

研究成果

1. 仿生材料与结构设计：兼顾高灵敏与高耐用

研发团队以犬齿咬合生物力学为灵感，构建了 “杆状阵列机械发光（ML）弹性体” 传感器核心结构：选用 Sorta-clear 37（SC37）弹性体作为基底，掺杂 ZnS:Cu 机械发光粉末（无需预激发，受力即可自恢复发光），解决传统传感器 “耐用性与灵敏度难以兼顾” 的问题。其中，SC37 弹性体展现出 196% 的拉伸率与 23.9 MPa 的抗拉强度，远超传统 PDMS（63.1% 拉伸率、19.4 MPa 抗拉强度），经 2000 次循环测试后发光强度波动仅 6.92%；当 ZnS:Cu 含量达 60 wt% 时，发光强度与 0-16 N 外力呈完美线性关系（R²=0.97），实现精准力感知。同时，设计 5×5 杆状阵列（单杆高 9 mm、直径 5 mm），通过 “压力集中效应” 将受力灵敏度提升 21.8 倍，且增大接触面积，可无损抓取软物体，模拟犬齿 “温柔叼取” 的生物特性。

2. 事件驱动感知与算法优化：低耗高效的信号解析

创新采用 “机械发光 - 视觉捕捉” 的事件驱动机制：仅当传感器受机械应力时，ZnS:Cu 才发射绿光，普通帧相机（DeHong IMX415，30 FPS）仅捕捉发光信号，避免传统传感器 “持续采样导致的数据冗余”；搭配遮光层（含 2 wt% Silc pig 黑色颜料）可屏蔽 99.9% 的 400-850 nm 环境光，确保复杂光照下信号稳定。同时开发动态发光定位映射算法（DLLM），通过 “全局 - 局部双阈值过滤” 定位发光区域，计算发光质心的径向距离与方向，结合卷积神经网络（CNN）实现 8 种互动动作（推、拉、旋转等）分类，平均准确率达 92.68%， angular measurement error（角度测量误差）仅 ±3.41°。

3. 系统集成与应用验证：四足机器人的智能交互升级

将传感器集成于 “机械发光自主视觉触觉交互夹爪（MAVIG）”，作为四足机器人（Unitree GO1）的口腔接口，实现轻量化与高效交互：MAVIG 系统响应时间＜0.7 s，可通过触觉指令（如 “顺时针旋转” 对应机器人左转、“滑动” 对应前进）引导机器人完成导航任务，简化控制逻辑的同时提升空间适应性；在交互分类任务中，将 8 类动作优化为 4 类（滑动、推 / 拉、顺时针旋转、逆时针旋转），准确率进一步提升至 97.37%，验证了其在人机交互中的实用性。

图文导读

未来展望

1. 结构与材料创新：适配更多交互场景

计划开发不规则形状 / 排列的 ML 杆阵列，突破现有 5×5 规整阵列的局限，以适配非对称、复杂曲面的触觉感知需求（如机器人手指关节、人体器官模型表面）；同时探索更优生物质基弹性体与 ML 材料组合，进一步提升生物兼容性与可持续性，为植入式医疗传感奠定基础。

2. 多领域应用延伸：从机器人到可穿戴 / 医疗

在机器人领域，将 MAVIG 系统拓展至工业机械臂，实现精密装配（如电子元件抓取）；在可穿戴设备领域，开发超薄传感器贴片，用于脉搏、肌肉张力等生理信号监测；在医疗领域，优化生物兼容配方，探索其在微创外科手术中 “器官表面压力监测” 的应用，解决传统传感器 “植入后易干扰组织” 的问题。

3. 算法与系统升级：提升智能化与集成度

进一步优化 DLLM 算法，缩短信号处理延迟，探索 “多传感器协同感知”（如结合温度、湿度传感），构建更全面的环境交互网络；同时研发自动化 ML 传感器制造设备，解决当前手动浇筑的规模化难题，推动技术从实验室走向量产应用。