中國(guó)教育報(bào)-中國(guó)教育新聞網(wǎng)訊（記者 馮麗 通訊員 王格）在自然界中，電鰻能在渾濁水域里精準(zhǔn)捕食，靠的不是眼睛而是一種“電場(chǎng)感知”的特殊能力。日前，西安電子科技大學(xué)空間科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副教授張維強(qiáng)團(tuán)隊(duì)從這一生物現(xiàn)象中獲得靈感，成功研發(fā)出一種新型的仿生非接觸感知技術(shù)，為智能制造、人機(jī)交互和工業(yè)檢測(cè)等領(lǐng)域帶來了新的想象空間。

電鰻能夠主動(dòng)在身體周圍建立一個(gè)電場(chǎng)，并通過感知外界物體對(duì)電場(chǎng)的擾動(dòng)來判斷環(huán)境。團(tuán)隊(duì)借鑒這一機(jī)制，在工程實(shí)現(xiàn)上利用經(jīng)過電暈極化處理的含氟聚合物駐極體材料，構(gòu)建了一款固態(tài)仿生靜電場(chǎng)傳感器。這塊駐極體材料可以通俗地理解為一顆微型的“靜電電池”。

張維強(qiáng)解釋：“它經(jīng)過‘充電’后能夠長(zhǎng)期保持電荷狀態(tài)，在傳感器周圍形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的準(zhǔn)靜態(tài)電場(chǎng)。你可以把它想象成在傳感器周圍布下了一張看不見的‘電場(chǎng)蜘蛛網(wǎng)’。”當(dāng)任何目標(biāo)物體——無論是金屬、塑料、玻璃還是人的手——靠近這個(gè)區(qū)域時(shí)，其自身的導(dǎo)電性、介電特性和幾何邊界會(huì)改變局部電場(chǎng)分布，就像石子投入水面會(huì)引起波紋一樣。這種變化會(huì)在傳感器的接地背電極上產(chǎn)生可測(cè)量的電勢(shì)調(diào)制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)非接觸感知。

傳感器的靈敏度有多高？張維強(qiáng)給出了數(shù)據(jù)：“位置移動(dòng)50微米就能產(chǎn)生約1伏特的電壓變化。”50微米大約是一根頭發(fā)絲直徑的一半，這意味著傳感器足以捕捉到極其輕柔的指尖劃過。在超過一萬次的接近—遠(yuǎn)離循環(huán)測(cè)試后，其信號(hào)響應(yīng)依然保持穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯衰減。更重要的是，這套感知系統(tǒng)對(duì)各類材質(zhì)具有廣泛的適應(yīng)性，對(duì)金屬、聚合物、玻璃、木材等均可產(chǎn)生響應(yīng)，通過分析這些獨(dú)特的“電場(chǎng)擾動(dòng)指紋”，就能獲取目標(biāo)信息。

基于這種敏銳的電場(chǎng)擾動(dòng)感知能力，機(jī)器可以“隔空”實(shí)現(xiàn)智能分類——即便兩個(gè)物體顏色相同、外觀相似，只要材質(zhì)不同，傳感器就能“感覺”出它們的區(qū)別。團(tuán)隊(duì)還根據(jù)不同手勢(shì)引起的不同電場(chǎng)擾動(dòng)波形，成功實(shí)現(xiàn)從“手勢(shì)輸入”到“機(jī)械臂動(dòng)作執(zhí)行”的完整閉環(huán)。