近日，機(jī)械與電子工程學(xué)院蘋果智能化生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)在《Nano Energy》上發(fā)表題為“Self-Powered Flexible Force-Sensing Sensor Based on Triboelectric Nanogenerator: Practical Applications in Non-Destructive Harvesting of Fresh Fruits and Vegetables”的最新研究成果。機(jī)電學(xué)院博士研究生蘆明旸和孫林林副教授為共同第一作者，王金星教授、閆銀發(fā)教授和中國(guó)科學(xué)院唐偉研究員為共同通訊作者，我校為第一通訊單位。

力感知是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操作和交互的關(guān)鍵能力，尤其是在無損抓取非結(jié)構(gòu)化物體時(shí)至關(guān)重要。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，尤其是機(jī)械化果蔬采摘任務(wù)中，機(jī)器人末端執(zhí)行器施加的力過大則會(huì)損壞果實(shí)，而過小的力則會(huì)導(dǎo)致果實(shí)滑移或脫落。從而引發(fā)病菌感染、縮短鮮食果蔬的保鮮和存儲(chǔ)期、降低產(chǎn)品質(zhì)量，影響經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)剛性傳感器在柔性末端執(zhí)行器中的適應(yīng)性較差，特別是在處理柔軟且易損傷的物體（如果蔬）的過程中無法實(shí)現(xiàn)高靈敏度且無損傷的力感知。柔性傳感器憑借其良好的適應(yīng)性展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，但其力學(xué)感知精度和機(jī)械性能仍待進(jìn)一步提升。此外，現(xiàn)有傳感器通常依賴外部電源，限制了其在非結(jié)構(gòu)化場(chǎng)景中的應(yīng)用。

針對(duì)以上技術(shù)難題，研究團(tuán)隊(duì)制備了一種基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的柔性自驅(qū)動(dòng)力感知傳感器（IG-TENG），并成功應(yīng)用于新鮮果蔬的無損采摘。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，IG-TENG 具有卓越的可拉伸性、良好的電輸出性能以及長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性。在0-20 N內(nèi)表現(xiàn)出高靈敏度（3.53 V/N）、良好的線性度（R2= 0.989）以及對(duì)不同抓取位姿的良好適應(yīng)性，力感知準(zhǔn)確率高達(dá) 93.77%。此外，該傳感器憑借制造工藝簡(jiǎn)單、可擴(kuò)展，成本低、無污染和自供電等優(yōu)勢(shì)，在柔性電子、智能機(jī)器人、農(nóng)業(yè)采摘及可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

圖1 基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的柔性力感知傳感器

圖2 IG-TENG輸出性能測(cè)試

該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.110860

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波