5月20日，《Science Advances》在线发表了华中科技大学武汉光电国家研究中心段将将教授团队牵头，联合医疗装备科学与工程研究院陈书文副研究员的最新研究成果。研究团队受人体温觉感知机制启发，设计出一种具有各向异性热扩散路径的仿生离子热感受器（i-TE Skin），使机器人不仅能够精准测温，还能够像人类一样通过短暂接触识别材料。相关成果以“Bioinspired ionic thermoreceptors with anisotropic architecture for thermotactile perception in robots”为题发表。
日常生活中，即使金属和木材处于相同室温，人们仍会觉得金属更凉。这并不是因为金属温度更低而是因为金属导热能力更强，能够更快地带走皮肤中的热量。人体皮肤中的热感受器能够感知这种瞬时热交换过程，并据此区分不同材料。相比之下，传统机器人温度传感器通常只能回答“温度是多少”，却难以判断“这是什么材料”。
把“冷热变化”变成可读信号
i-TE Skin 的核心思路是“时间尺度分离”的热信息处理机制：动态感知通道采用较短的热扩散路径，可在接触瞬间快速响应热通量变化，用于识别材料；静态感知通道则采用较长的热扩散路径，输出稳定的电压信号，实现精准测温。通过这种“时间尺度分离”的热信息处理机制，机器人不仅知道物体冷热，还能判断其材料属性。
图1 仿生热触觉感知原理
0.4 秒识别材料，准确率 98.9%
研究团队测试了九种常见材料，实验结果显示，不同材料的瞬态热响应曲线差异明显，铜、铝等高热接触系数材料会产生更快、更强的电压峰值，木材、塑料等低热接触系数材料响应则更平缓，这些差异形成材料的“热指纹”。基于峰值电压、响应斜率及热扩散时间等特征，结合人工神经网络训练，系统实现了98.9%的材料识别准确率。即使接触时间仅有0.4 秒，仍能可靠区分不同材料。
图2 热触觉材料识别性能评估
从识材到安全交互
当 i-TE Skin 集成到机器人手指上，系统可在 5 秒内完成铝罐和玻璃瓶的实时分类。研究团队还设置了过热、过冷双阈值报警机制，可在机器人接触温度异常的物体时立即触发警报并停止动作，类似人的保护性反射。
图3 i-TE skin智能机器人系统的实际应用
这项工作把热传感从“测温”推进到“识物”，为机器人、仿生电子皮肤和人机交互提供了更接近人类热触觉的新方案。
论文以华中科技大学为第一单位发表。
