可感知机器人指尖运动及作用力…超小型三轴磁传感器研发成功[读懂科学]

by Kim Jonghwa

Published 06 Oct.2026 09:28(KST)

韩国机械研究院：500微米传感器可测量x、y、z三方向磁场
无需额外复位电路，垂直灵敏度提升至3倍……还可拓展为触觉传感器

一款能够在机器人关节或指尖等狭小空间内精确测量运动和位置的超小型三轴磁传感器研发成功。该技术仅需一枚长宽均为500微米的传感器，即可测量三个方向的磁场，还可拓展为能够感知按压力和推力的触觉传感器。

韩国机械研究院6日表示，该院人工智能机器人研究所生物机械研究室主任研究员Oh Seonjong带领的研究团队，利用超顺磁性纳米颗粒开发出可同时测量x、y、z三个方向磁场的超小型三轴磁传感器。据研究团队介绍，这是全球首次实现采用超顺磁性纳米颗粒磁通导引器的平面型三轴磁传感器。

韩国机械研究院研究团队开发的超微型三轴磁传感器，采用基于超顺磁性纳米颗粒的磁通导向器。研究团队供图

现有平面型磁传感器可以测量左右和前后方向的磁场，但难以测量垂直于传感器表面的磁场。研究团队在传感器上方制作了能够改变磁场方向的“磁通导引器”，解决了这一问题。

由超顺磁性纳米颗粒制成的磁通导引器，可将垂直方向的磁场引导至传感器能够感知的平面方向，从而使一枚传感器能够测量全部三个方向的磁场。

现有磁通导引器主要采用镍或坡莫合金等铁磁性材料。但由于存在磁场消失后仍残留磁性的“磁滞”现象，需要额外的复位电路对传感器重新初始化。同时，还需经过电镀或精密加工等复杂的制造工序。

研究团队采用了外部磁场消失后磁性也随之消失的超顺磁性纳米颗粒。无需额外的复位电路，即可反复测量磁场；同时，将纳米颗粒制成墨水并直接印刷在传感器上，也简化了制造过程。

基于超顺磁性纳米颗粒的三轴磁传感器研究成果入选期刊封面论文。韩国机械研究院供图

研究团队还采用了在纳米颗粒固化过程中施加外部磁场，使颗粒沿垂直方向排列的技术。由此，垂直方向即z轴的磁场灵敏度提升至原有水平的约3倍。将垂直磁场转变为传感器可测量方向的转换效率最高达到40%。

传感器尺寸为500微米×500微米，4个感测元件同时工作时，功耗约为16毫瓦。

研究团队在磁场测量的基础上更进一步，将这项技术应用于机器人的触觉感知。通过在传感器上方结合内嵌永磁体的弹性体，研究团队实现了能够测量按压或推动物体时作用力的多轴触觉传感器。

这意味着，仅用一个传感器平台，就能测量机器人关节或手部的运动和位置，以及与物体接触时产生的力。研究团队认为，该技术可应用于机器人手、软体机器人、可穿戴设备、人机接口和医疗器械等领域。

韩国机械研究院生物机械研究室首席研究员 Oh Seonjong 的研究团队，照片从左至右为博士后研究员 Kim Mijin、首席研究员 Oh Seonjong、博士后研究员 Jeon Changyeop。韩国机械研究院供图。

主任研究员Oh Seonjong表示：“我们利用超顺磁性纳米颗粒，解决了现有三轴磁传感器的磁滞问题，并通过简单的印刷工艺实现了超小型、低功耗传感器。”他还表示：“期待该技术广泛应用于机器人、可穿戴设备等需要小型精密传感器的领域。”

本次研究由韩国机械研究院与大邱庆北科学技术院教授Kim Cheolgi的研究团队共同开展。研究成果发表于国际学术期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）6月刊，并入选该期封面论文。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。