让机器学会电鳗的“隔空探测术” [西]电团队研发新型仿生非接触感知技术

　　中新网西安8月9日电 (阿琳娜 王格)在自然界中，电鳗能在浑浊水域里精准捕食，靠的不是眼睛，而是一种“电场感知”的特殊能力。西安电子科技大学空间科学与技术学院副教授张维强团队从这一生物现象中获得灵感，研发出一种新型的仿生非接触感知技术，为智能制造、人机交互和工业检测等领域带来了新的想象空间。

　　“我们不是完整复制电鳗的生物系统，而是借鉴它‘建立电场—感知扰动—提取信息’的基本思想。”张维强这样概括研究的核心思路。电鳗能够主动在身体周围建立一个电场，并通过感知外界物体对电场的扰动来判断环境。团队借鉴这一机制，在工程实现上利用经过电晕极化处理的含氟聚合物驻极体材料，构建了一款固态仿生静电场传感器。

　　这块驻极体材料可以通俗地理解为一颗微型的“静电电池”，它经过“充电”后能够长期保持电荷状态，在传感器周围形成一个相对稳定的准静态电场。当任何目标物体，无论是金属、塑料、玻璃还是人的手靠近这个区域时，其自身的导电性、介电特性和几何边界会改变局部电场分布，就像石子投入水面会引起波纹一样。这种变化会在传感器的接地背电极上产生可测量的电势调制信号，从而实现非接触感知。整个感知过程不依赖主动发射信号，无需机械接触，也不受环境光照条件影响。

　　传感器的灵敏度有多高？张维强给出了一个直观数据：位置移动50微米就能产生约1伏特的电压变化。50微米大约是一根头发丝直径的一半，这意味着传感器足以捕捉到极其轻柔的指尖划过。在超过一万次的接近—远离循环测试后，其信号响应依然保持稳定，未出现明显衰减。

　　更重要的是，这套感知系统对各类材质具有广泛的适应性。“不同材料对电场的‘扰动’方式各不相同，就像每个人都有不同的指纹。”张维强用这个比喻来解释技术的核心优势。不同于电感传感主要针对金属目标、光学方法依赖目标表面反射特性，这项技术对金属、聚合物、玻璃、木材等均可产生响应。系统通过分析这些独特的“电场扰动指纹”，就能获取目标的信息。

　　基于这种敏锐的电场扰动感知能力，张维强带领团队通过标准化运动轨迹采集不同材料的扰动信号，成功实现了对多种典型材料的非接触识别，验证了该技术在多个场景中的应用潜力。“不同材质、不同表面特征对电场的扰动信号在幅值、波形上存在差异，我们通过特征提取和程序判断把这些差异转化为分类结果。”张维强解释道。

　　这就意味着，在自动化回收、流水线分拣等场景中，机器可以“隔空”判断物品材质，实现智能分类——即便两个物体颜色相同、外观相似，只要材质不同，传感器就能“感觉”出它们的区别。

　　面向未来，团队认为这类技术可以在智能制造、机器人近场感知、装备状态监测和人机交互等方向继续探索。

　　在智能制造中，它可以作为视觉、红外、电感等方法的补充，用于一些不适合接触检测、光学条件不稳定或材料类型较复杂的场景。在机器人领域，张维强描绘了这样的场景：“传感器有望为机械臂提供近场感知能力，使机器人在接触目标之前就能获得一定的接近状态和相对位置变化信息，从而提升操作的安全性和智能化水平。”

　　团队也关注这类技术在航天装备状态监测中的潜在应用。例如，未来在空间机器人操作、航天器舱外设备检查、机械臂安全接近以及在轨维护等场景中，低功耗、无接触、对光照依赖较弱的近场感知技术可能具有独特的补充价值。

　　从实验室到生产线，这项成果距离真正用于工业现场或复杂装备还有较长距离，“后续还需要系统评估长期稳定性、工程封装、信号鲁棒性、算法泛化能力以及在真空、温度循环、辐照、复杂电磁环境等条件下的可靠性。”张维强坦言，不同技术各有适用边界，未来更现实的方向可能是多传感融合，而不是单一技术完全替代其他技术。(完)