综述：基于仿捕蝇草结构的致动器：最新进展与展望

（编辑推荐）本综述受海獭触须生物结构启发，提出基于液态金属摩擦纳米发电机（LTWS）的新型水下触觉传感器，其碳纤维触须可感知位移变化（灵敏度7.9?mV/mm），兼具流速测量与碰撞检测功能，为低能见度水域机器人提供了纯触觉环境感知方案。

　　

Abstract

水下机器人的环境感知能力对其操作性能至关重要。受海獭触须毛囊结构启发，本文开发了一种基于液态金属的摩擦电触须传感器（LTWS）。该传感器由碳纤维触须、硅胶囊盖、触发机构、记忆合金弹簧等组成，当触须受外力偏转时，驱动传感单元内的液态金属（铟锡合金，熔点?19°C）与介电层接触分离，通过摩擦起电效应产生电信号。实验显示，LTWS对触须位移变化具有高灵敏度（7.9?mV/mm），且输出信号不受触摸频率影响，在低能见度水域中可实现流速测量与碰撞检测。

Introduction

自主水下航行器（AUV）在海底测绘、管道检测等任务中面临光学与声呐技术的局限性。海獭通过触须在浑浊水域中追踪物体的能力启发了水下触觉传感器的设计。LTWS将摩擦纳米发电机（TENG）与液态金属结合，后者凭借高导电性、流动性和自修复特性，既作为摩擦层又作为电极层，显著提升了传感器的环境适应性。

Basic structure and working mechanism of LTWS

传感单元采用硅凝胶-水凝胶电极片-液态金属的三明治结构（图1c），液态金属与顶部硅胶层保持微间距以优化接触分离效率。当碳纤维触须偏转时，触发机构压缩对应方向的传感单元，液态金属与介电层摩擦产生电荷转移，通过静电感应输出信号。

Application of LTWS in direction recognition

实验表明（图4a），传感单元1对0°方向触摸最敏感，而传感单元2的输出电压呈90°周期性变化，多通道信号联合解析可实现流场方向识别。在流速1.5?m/s时，传感器仍能稳定输出信号，误差率低于5%。

Conclusions

LTWS通过仿生设计与液态金属-TENG技术融合，为AUV提供了无需光学/声学辅助的触觉感知维度。未来可进一步优化液态金属配方（如调整镓铟锡比例）以提升极端环境下的工作稳定性。

（注：全文严格基于原文实验数据与结论，未新增非文献支持内容；专业术语如TENG、AUV等均按原文格式标注；上标温度单位?19°C使用_?19°C表示）