隨著未來幾年5G技術的建立，通過無線網絡進行大量數據傳輸的成本將大大降低。在物聯網（AIoT）下部署大量傳感器，實現實時感知信息采集、數據管理和分析，這將使智能家居和智能制造成爲可能。數字孿生（digital twin）是一個物理系統的數字拷貝,可進行實時控制，優化産品和生産線。然而，由于在網絡空間建立一個與實體對等的數字系統的複雜性，取得的進展非常有限。
來自上海大學、蘇州大學以及新加坡國立大學的科研團隊合作報道了研制的傳感系統采用圖案化電極的觸覺TENG (T-TENG) 傳感器，可以檢測軟體驅動器抓手的滑動、接觸位置和夾持方式。
研究成果解析
軟體驅動器的彎曲角度測量通過長度TENG (L-TENG) 傳感器在帶電正齒輪與電負性材料之間的接觸分離産生信號測得。因此，無論是由自我驅動引起的運動，還是由外界刺激引起的運動，都可以被感知。
此外，由一個單電極 T-TENG 和一個L-TENG 傳感器組成的基于手套的人機交互界面用于對機械手進行實時控制，驗證了實時信號處理系統。其次，爲了實現反饋功能，通過3D打印制造了集成TENG 傳感器的三執行器軟抓手。
利用 ML 技術進行數據分析，成功演示了軟體驅動器抓手感知握持狀態，實現對象識別，並建立了數字孿生 演示，在虛擬現實環境中模擬機器人操作和實時目標識別。軟體 TENG 傳感器的建立表明數字孿生在智能工廠的生産管理和産品預測的應用上具有巨大的潛力。
圖1：用于軟體驅動器抓手的低成本摩擦納米發電機 (TENG)及其digital twin應用的示意圖。
圖2：觸覺TENG（T-TENG）傳感器的工作機理及表征。
圖3：長度TENG (L-TENG) 傳感器的工作原理及其在HMIs中的實時驗證。
圖4：結合TENG傳感器的軟體驅動器抓手及機器學習訓練結果。
圖5：長度TENG (L-TENG)和觸覺TENG (T-TENG)傳感器與digital twin無人倉庫系統、機器學習(ML)技術集成。
該工作提出並研究了一種結合兩個TENG傳感器的軟體驅動器傳感抓手系統。通過T-TENG傳感器與L-TENG傳感器結合，無論是自我驅動還是外界刺激引起的運動都可以被感知。
傳感系統的實時信號處理能力表明了實現該系統在人機界面應用的潛力。基于改進的軟體驅動器抓手, 在重複的虛擬環境中,該數字孿生模型可以模擬機器人操作和實時目標識別,並可以在下一代智能無人工廠和車間管理倉庫方面進一步用于裝配線生産控制管理。
參考資料：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-19059-3
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