A Small-Scale, Rat-Inspired Whisker Sensor for the Perception of a Biomimetic Robot: Design, Fabrication, Modeling, and Experimental Characterization

胡须 触觉传感器 人工智能 机器人 计算机科学 机器人学 计算机视觉 工程类 材料科学 冶金
作者
Yulai Zhang,Shurui Yan,Zihou Wei,Xuechao Chen,Toshio Fukuda,Qing Shi
出处
期刊:IEEE Robotics & Automation Magazine [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:29 (4): 115-126 被引量:10
标识
DOI:10.1109/mra.2022.3182870
摘要

In this article, we present a rat-inspired whisker sensor for a biomimetic robotic rat and demonstrate its superior tactile perception performance. In particular, the design, fabrication, modeling, and experimental characterization are presented. The sensor is fabricated using silicon-on-insulator (SOI) technology. Moreover, by modeling the whisker as a Euler–Bernoulli beam (EBB) using a support vector machine (SVM) algorithm, we develop the sensor's capability to identify object features. An experimental evaluation demonstrates the sensor's outstanding texture discrimination ability (with an accuracy of 88.3%) and excellent performance on contour reconstruction [with a 97.14% goodness of fit (GOF)]. In addition, by realizing the robotic rat's wall-following motion using the whisker sensor, many more features of a wall can be obtained with high accuracy. As a result, this work is, to the best of our knowledge, the first to achieve experimental progress in using a whisker sensor to control a small-scale robot on the order of a few tens of centimeters. Moreover, the whisker sensor extends this off-the-shelf SOI technology from micro to macro environments, giving it the potential for use in other miniature robots for tactile perception.
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