浙江大学:研究一种用于非接触-接触双模式人机交互的高灵敏柔性电容传感器

2024-07-17
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摘要 人机交互已被广泛应用于机器人控制和增强现实/虚拟现实等多个领域。然而,目前的人机交互主要基于单一交互模式,需要佩戴笨重的设备或与界面保持物理接触,导致交互效率和智能化程度有限。基于以上情况,浙江大学机械306实验室刘玮杰博士生提出了一种新型柔性双模式电容传感器,可实现非接触距离与接触压力的复合传感,并应用到人机交互接口中实现了无触摸与触摸双模式人机交互。

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【浙江大学:研究一种用于非接触-接触双模式人机交互的高灵敏柔性电容传感器

人机交互已被广泛应用选择文件于机器人控制和增强现实/虚拟现实等多个领域。然而,目前的人机交互主要基于单一交互模式,需要佩戴笨重的设备或与界面保持物理接触,导致交互效率和智能化程度有限。基于以上情况,浙江大学机械306实验室刘玮杰博士生提出了一种新型柔性双模式电容传感器,可实现非接触距离与接触压力的复合传感,并应用到人机交互接口中实现了无触摸与触摸双模式人机交互。

传感器的结构如图1所示,它由三层组成:顶层和底层是带有迷宫式铜电极的PET,顶层和底层电极之间夹着一层硅橡胶电介质层,具有多孔-截断金字塔双层微结构。传感器分为12个传感单元,每个传感器单元由一对互补的迷宫电极和一个多孔-截顶金字塔分层电介质组成。通过将电极设计成方形迷宫结构加强边缘电场,从而提高近距离感知性能。多孔-截断金字塔分层电介质层的设计旨在通过分层变形来改善硅橡胶的变形能力,从而提高压力传感性能。

图1 柔性双模电容传感器的结构示意图

接近传感的原理为:上下电极构成一个电容双极板,当外部物体尚未接触传感器时,传感器通过电极激发的边缘电场检测外部物体的接近。当外部物体接近时,传感器激发的边缘电场会减弱。对于导电物体,原始边缘电场的减弱主要归因于静电感应产生的感应电荷,绝缘物体则主要通过极化效应削弱边缘电场。压力传感的原理为:当物体开始对传感器施加压力时,介电层开始变形,传感器内部的电场将发生变化。如图2(d)所示,在低压范围内,由于杨氏模量较低,多孔结构会迅速变形。内部孔隙受到挤压,上下电极之间的距离减小,同时介电层的介电常数也会因空气受到挤压而增大。这两者都会使传感器的电容增大。由于多孔结构的应力分散,截顶金字塔形结构在这一阶段的变形不明显。因此,电容的变化主要是由多孔结构的变形造成的。在高压范围内,内部孔隙被充分压缩,多孔结构可以看作是一个向下的固体,进一步挤压截顶金字塔形结构。截顶金字塔形结构的变形导致上下电极之间的距离缩短,从而使电容继续增加。

图2 柔性双模电容传感器的工作原理与仿真分析

所提出的双模传感器具有很高的传感性能,对人手的非接触距离检测范围可达110mm,对不同接近速度的物体也能很好的区别检测,且具备良好的信号稳定性。压力检测范围为0至200KPa,具有两段线性灵敏度,最大灵敏度为0.464% kPa-1。此外,该传感器还能有效区分近距离信号和触觉信号,并具有出色的信号稳定性、可重复性和准确识别手势动作的能力。

图3 柔性双模电容传感器的性能测试结果

为了验证我们开发的双模传感器在人机交互中的潜在应用,我们进行了机器人交互实验。如图4(a)和图4(b)所示,我们搭建了一个人机交互平台。传感器通过FPC连接到采集电路。MCU通过控制模拟开关选择传感器单元。选定传感器单元的行电极和列电极随后连接到AD7153 CDC芯片,该芯片通过在方波激励期间连续采样通过传感器的电荷来收集电容数据。然后通过USB将数据传输到控制机械臂的计算机,计算机根据收集到的数据识别交互动作,然后通过 RS232将控制命令传输给机械臂和机械手。

图4 双模式人机交互系统搭建示意图

如图5所示,手指在传感器上方依次经过传感器单元1-单元4-单元8-单元11,在时域中得到相应的序列--单元1减小0.38pF,单元4减小0.31pF,单元8减小0.39pF,单元11减小0.45pF。机械臂能实时接收绕Y轴逆时针旋转的运动指令并完成操作。除了非接触式交互,传感器还能很好地实现接触式交互,手指与不同的传感器单元接触,可依次实现机械手的抓取和释放,以及机械臂在Z轴上的下降。传感器还能连续实现一系列动作的感知,并能在非接触式和接触式交互之间无缝切换。

图5 非接触-接触双模式人机交互示意图

该传感器的卓越性能不仅推动了智能人机交互技术的发展,而且凸显了其在未来人机界面应用中的巨大潜力。通过无缝、准确地检测非触摸和触觉输入,该传感器可增强用户的控制能力和直观的交互体验。将这种传感器集成到各种交互系统中大有可为,将为人机交互领域带来新的机遇。


传感动态

【亮道智能完成新一轮融资,提升激光雷达关键技术】

日前,亮道智能宣布完成新一轮融资。本轮融资由招商局资本和亦庄国投联合投资。所募集资金将用于激光雷达关键技术,新型感知功能和数据工具链以及各类落地场景基于 3D 感知数智化解决方案开发,进一步夯实亮道智能感知系统软硬件一体化核心竞争力。

自 2017 年在中德两地成立以来,亮道智能一直专注于智能驾驶技术的创新与突破。亮道智能是技术领先的激光雷达系统供应商,为行业客户提供激光雷达感知系统,包括车规级感知硬件与功能开发,感知数据训练,智慧城市感知解决方案等。经过六年多的全球化技术研发与实践,已经稳步构建起全栈感知系统服务能力。

相关信息显示,亮道智能的产品线覆盖激光雷达硬件与功能开发、感知数据训练、智慧城市解决方案等多个专业的技术领域,已为全球数十家市场领先的汽车主机制造商、一级供应商和行业客户提供了高质量的产品与技术服务。

目前,亮道智能已与上汽集团、长城汽车、长安汽车、大众集团、宝马汽车、Magna、CARIAD、Deutsche Telekom、中国电信等国际知名企业建立了紧密合作关系。未来,亮道智能将继续努力,用创新技术为客户赋能,推动更安全的智能驾驶功能场景落地。

在欧洲,亮道智能拥有一支近百人的汽车工程师团队,致力于智能驾驶功能的欧洲本地化开发与测试,亮道智能以数据驱动的自动驾驶感知训练数据闭环,已经成功获得数个欧洲主机厂商的量产项目订单。自 2023 年起,亮道智能积极拓展海外智驾功能测试与工程服务,致力于支持中国汽车行业的国际化发展,目前已经与多家车企合作开展欧洲智驾功能测试。

目前,亮道智能已构筑起激光雷达感知系统、智能驾驶数据工具链服务、智慧交通与智慧城市三大核心业务护城河,具备中德协同发展的国际化视野,这使得亮道智能成为中国自动驾驶赛道中一家独具优势的创新企业。

在本轮融资的支持下,亮道智能将持续优化产品性能,加快激光雷达技术的市场普及与应用,用软硬件全栈产品与方案为客户创造差异化价值。随着公司业务的不断扩展和市场需求的增长,亮道智能已经启动了新一轮的融资,以支持进一步的发展和创新。

【美国取消大疆无人机禁令!】

近日,美国参议院军事委员会 (SASC) 发布了其 2025年国防授权法案 (NDAA) 标记版本的全文。与今年6月在美国众议院通过的NDAA版本不同,其中并没有包括禁止中国大疆创新(DJI)公司的无人机在美国销售的条款。这也意味着,大疆创新的无人机产品后续有望继续在美国进行销售。

此前,美国众议院在当地时间6月14日以22-3的投票结果,通过的 NDAA法案当中,包括了《反制中国无人机法案》的修正案,该修正案把大疆的设备和服务添加到所谓的“覆盖名单”中,希望阻止大疆获得未来无人机型号的美国FCC许可证,并可能导致撤销现有的FCC授权。这意味着大疆的无人机在美国可能将会被禁售。

现在,美国众议院通过的NDAA法案版本进入了参议院审议,但是美国参议院最新发布的NDAA法案版本当中并未包括《反制中国无人机法案》的修正案,因此,美国众议院和参议院还将会继续进行协商,以达成两个NDAA法案版本的协调一致。

不过,参议院通过的NDAA法案版本将针对大疆的禁令排除在外,反映了他们对这个问题的更谨慎的态度。大疆无人机广泛应用于各个领域,包括农业、基础设施和公共安全,突然的禁令可能会扰乱正在进行的项目并阻碍关键领域的进展。

最近,全美6000多个公共安全机构、警察和消防部门的代表写信给参议院军事委员会成员,反对将《反制中国无人机法案》纳入NDAA。

【霍尼韦尔斥资18亿美元收购空气产品公司LNG工艺技术及设备业务】

霍尼韦尔和空气产品公司(Air Products)日前共同宣布,霍尼韦尔已同意以18.1亿美元现金收购空气产品公司的液化天然气(LNG)工艺技术及设备业务。

此次收购金额约等于该业务2024年预计税息折旧及摊销前利润(EBITDA)的13倍。

霍尼韦尔称,交易完成后,霍尼韦尔将能够为客户提供一套综合、高端的解决方案,以助力实现能源转型之旅。这一整体解决方案将涵盖天然气预处理和先进的液化技术,并利用互联服务和Experion®平台的统一数字自动化技术。

目前,霍尼韦尔为全球液化天然气客户提供预处理解决方案,与空气产品公司的液化天然气工艺技术和设备业务互为补充,组成了一套完整的产品组合,包含缠绕管式热交换器(CWHE)及相关设备的自主设计和制造。缠绕管式热交换器可在单个交换器中提供最高的天然气吞吐量且占用空间小,在陆上和海上都能实现安全运行。

据介绍,空气产品公司的液化天然气业务总部位于美国宾夕法尼亚州阿伦敦,拥有约475名员工,在美国佛罗里达州马纳提港拥有39万平方英尺(约36000平方米)的制造工厂,生产各种规格的缠绕管式热交换器。

这是霍尼韦尔今年宣布的第四笔收购,作为其严谨的资本部署战略的一部分。

公司专注于高回报的收购,这将推动其投资组合的未来增长,并顺应自动化、航空未来和能源转型三大发展趋势。

这笔交易预计将在收购完成后的第一个完整年度实现调整后每股收益的增值,不受任何融资条件的限制,预计将在自然年年内完成,但具体取决于一般交割条件,包括相关监管机构的批准。

霍尼韦尔董事长兼首席执行官柯伟茂(Vimal Kapur)说,虽然世界各国都在继续建设未来基于可再生能源的基础设施,但天然气作为一种关键的低排放、经济实惠的过渡燃料,仍有助于满足不断增长且变化莫测的全球能源需求。

“本次高度互补的收购将进一步强化我们的能源转型产品组合。空气产品公司的缠绕管式热交换器技术将即刻扩大我们的基础用户,并通过互联服务平台在售后服务和数字化方面创造复合增长的新机遇。”

空气产品公司主席、总裁兼首席执行官葛思民(Seifi Ghasemi)说,“我们决定剥离液化天然气热交换器技术和设备业务,这体现了空气产品公司对两大支柱战略的持续关注——发展我们的核心工业气体业务及相关技术和设备,并成为大规模提供清洁氢气以实现工业和重型运输行业脱碳的领导者。”

“液化天然气业务是一项伟大的业务。在我们员工的出色工作下,经过长达数十年的发展,它目前正处于顶峰,接下来将作为霍尼韦尔相关技术组合的一部分再创佳绩。”

【韩国2024上半年半导体出口额同比增长50%,其中存储芯片大增89%】

据韩国科学和信息通信部7月15日统计,上半年ICT出口额为1088.5亿美元,比去年上半年增长28.2%,仅次于2022年上半年(1224.6亿美元),排名第二。

因人工智能(AI)市场增长以及信息技术(IT)和通信设备市场复苏导致需求增长,韩国半导体出口额增长49.9%至658.3亿美元。

其中,存储器引领整体半导体出口增长,由于固定交易价格上涨以及高带宽存储器(HBM)等产品出口增加,存储器出口额较去年上半年增长88.7%。

此外,由于服务器和数据中心投资增加以及个人电脑等设备需求增加,计算机及外围设备出口额同比增长35.6%。

特别是,得益于IT产业的好转,SSD的出口额增长57.7%,达到40.6亿美元。

上半年韩国手机出口下降2.8%至55.8亿美元,分析原因是相机模组等手机零部件主要出口来源中国需求低迷,导致一季度出口下降。

6月份韩国ICT出口额达210.5亿美元,创历史单月最高水平。6月份半导体出口额为134.4亿美元,也是同月最高水平。其中,存储半导体出口额达88.3亿美元,较去年6月激增85.2%。

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