A Triboelectric-Based Artificial Whisker for Reactive Obstacle Avoidance and Local Mapping

摩擦电效应 纳米发生器 障碍物 避障 机器人 胡须 计算机科学 材料科学 人工智能 电压 电气工程 工程类 移动机器人 复合材料 冶金 法学 政治学
作者
Peng Xu,Xinyu Wang,Siyuan Wang,Tianyu Chen,Jianhua Liu,Jiaxi Zheng,Wenxiang Li,Minyi Xu,Jin Tao,Guangming Xie
出处
期刊:Research [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:2021 被引量:29
标识
DOI:10.34133/2021/9864967
摘要

Since designing efficient tactile sensors for autonomous robots is still a challenge, this paper proposes a perceptual system based on a bioinspired triboelectric whisker sensor (TWS) that is aimed at reactive obstacle avoidance and local mapping in unknown environments. The proposed TWS is based on a triboelectric nanogenerator (TENG) and mimics the structure of rat whisker follicles. It operates to generate an output voltage via triboelectrification and electrostatic induction between the PTFE pellet and copper films (0.3 mm thickness), where a forced whisker shaft displaces a PTFE pellet (10 mm diameter). With the help of a biologically inspired structural design, the artificial whisker sensor can sense the contact position and approximate the external stimulation area, particularly in a dark environment. To highlight this sensor’s applicability and scalability, we demonstrate different functions, such as controlling LED lights, reactive obstacle avoidance, and local mapping of autonomous surface vehicles. The results show that the proposed TWS can be used as a tactile sensor for reactive obstacle avoidance and local mapping in robotics.
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