與人類協作的機器人需要兩種不同的感知能力。它們必須能夠從遠處檢測到接近的物體，以避免碰撞，同時在處理精細物品時也要能夠感受到極輕的觸碰。傳統上，工程師一直難以將這兩種能力結合在單一感測器中。小型電極能提供高解析度的觸覺感測，但只能在非常短的距離內檢測物體。較大的電極可以在更遠的距離感測，但缺乏精確度，無法進行精細操作。這種權衡限制了協作機器人使用的電子皮膚設計。
來自華南理工大學的研究人員表示，他們通過一種新的柔性電容感測器陣列克服了這一限制。該系統可以動態改變其感知周圍環境的方式。這使得機器人在檢測遠處物體的同時，還能在接觸發生時保持精確的觸覺靈敏度。設計中引入了一層動態屏蔽層，位於電極陣列之上。通過調整電極的電連接和屏蔽方式，該系統能在長距離接近感測與精細觸感之間切換，而無需改變電極的物理尺寸。
研究人員表示，這一想法靈感來自於人眼如何適應不同的觀察條件。當人們專注於一本書時，瞳孔會收縮以使細節更加清晰；而當我們注視一條黑暗而遙遠的道路時，瞳孔則會擴張以獲取更多光線。該團隊將這一邏輯應用於電場中。研究員謝博士解釋道，當屏蔽層縮小感知區域時，系統聚焦於單獨的感測單元，使機器人能夠檢測到精細的觸覺細節。這一模式在機器人需要抓握精細部件或識別小物體邊緣時尤為有用。
當屏蔽層擴大感知區域時，電極則將電場投射得更遠。這使得機器人能夠在接觸發生之前檢測到靠近的物體。根據團隊的報告，這一架構的最大檢測深度相比傳統雙模感測器增加了超過一倍，感測範圍提高了 104.56%。
在測試中，該感測器能夠從超過 90 毫米的距離檢測到接近的物體。雖然這個距離看似不大，但足以讓機械臂在繁忙的環境中在與人類工作者發生碰撞之前停下來。一旦接觸發生，該感測器能夠檢測到極輕的觸碰，同時也能承受高壓。系統能夠註冊僅幾克的力量，並承受高達 400 kPa 的壓力。這些能力可能使機器人系統在工廠或其他共享環境中更安全和多功能，因為機器與人直接互動的情況增多。
然而，研究人員指出，將這項技術擴展至實際應用仍需進一步的努力。為了實現高靈敏度，團隊使用了犧牲模板法來在感測材料中創建微小的孔洞。這一過程生成的海綿狀結構在不同的感測單元之間可能有所不同。在原型測試中，研究人員報告感測器之間的性能變異約為 6.3% 至 6.8%。
另一個挑戰是環境干擾。電容感測器對電磁噪聲、溫度變化和濕度變化非常敏感。在重型機械的工業環境中，可能會產生電噪聲，影響感測器的讀數。研究人員表示，未來的系統可能需要改進的屏蔽技術或機器學習算法來過濾干擾，以維持可靠的感測能力。如果這些挑戰得到解決，該技術可能有助於簡化機器人的感知。機器人最終可能依賴於單一的自適應電子皮膚，既能檢測附近物體，又能以高精度感知物理接觸。這些研究結果已發表於《國際極端製造雜誌》上。
