研究人员开发出一种柔性力学力传感器，使机器人能够在无需依赖电子元件、计算机或外部电源的情况下检测触摸并立即做出反应。

该设备名为ME-SOFS（力学柔性力传感器），可将施加的力直接转化为流体流动，从而驱动软体执行器，形成一个完全机械化的从感知到行动的过程。

该系统完全由柔性、柔顺的材料制成，不再需要传统的电子传感器和控制电路，从而降低了复杂性并减少了潜在的故障点。

这项由新加坡国立大学设计与工程学院团队完成的创新，有望提升水下、人体内部或其他电子系统脆弱的极端环境中软体机器人的性能。

触摸驱动机器人
ME-SOFS传感器是一个3D打印的柔软多孔结构，旨在将触摸直接转化为机械动作，无需电子处理。它有一个中心柱，周围环绕着五个充满流体的腔室，其中四个水平排列，一个垂直排列。

当施加力时，中心柱向接触点倾斜，压缩相应的腔室，并通过软管将流体推送到执行器。这创造了一个即时的感知-动作响应过程，每个腔室独立运作，可分辨水平、侧向和垂直方向的力。

通过修改3D打印结构的几何形状，可以为不同应用定制传感器的灵敏度。调整孔径、壁厚及中心泡沫角度等参数，使设备能够检测不同水平的力，而无需改变其底层的操作原理。

除了机械响应，该系统还利用一个无源电路产生可测量的电输出。当流体被排出时，会推动小磁铁经过3D打印的金属弧，通过电磁感应产生电压脉冲，其原理类似于自行车摩电灯。

据该团队称，脉冲的数量与施加的力直接对应，在没有有源电子器件的情况下提供了清晰的测量。这种基于流体的设计还为在严苛环境下运行的机器人系统提供了鲁棒的触觉感知和物理反馈可能性。

“这项工作是展示物理本体如何在没有控制系统的情况下产生感觉-运动行为的一个极佳范例，我们可以将其视为生物学中神经系统的一种类比，”新加坡国立大学设计与工程学院机械工程系的Cecilia Laschi在一份声明中说。

本能的软体机器人
通过将ME-SOFS集成到多个软体机器人系统中，展示了其多功能性。一只包含五个微型化传感器（每个约绿豆大小）的柔软手套，被作为一体件3D打印，无需手动组装。戴在手上时，手套测量了每个指尖的抓握力并准确估算物体重量，突显了其在假肢和先进人机接口中的潜在应用。

团队还将该传感器与一个佩戴在用户指尖的软体触觉垫配对，创建一个基于触摸的反馈系统。来自机器人抓手的流体压力被直接传输到该触觉垫，使操作员在处理从易碎鸡蛋到木块再到部分装满水瓶的物体时，仅凭触摸就能判断抓握力度。记录的力模式随后被回放，以教会机器人自主重复成功的抓取动作。

该传感器还能控制微型流体装置中的液滴，并在没有软件的情况下引导毛发状柔性结构。它在高达194华氏度（90°C）的水温下，以及在相当于约36英尺（11米）水深的压力下保持可靠，由于不含任何电子元件，还能抵抗电磁干扰。

团队强调，未来的研究将集中在系统微型化以及为更广泛的机器人应用放大其驱动力上。研究人员还计划将感知-驱动回路直接集成到软体机器人中，使其能够产生本能反应，同时利用其丰富的力信号提升在复杂环境中的感知与交互能力。

原始研究发表在《科学进展》期刊上。