柔性人工侧线传感器

水下测速矢量

基于光通量原理的双层倒杯式摇杆设计，将水流冲击转化为多方向光通量变化，实现局部流速矢量感知。

Wang, Xintao · 李正伟 · Zhang, Zhuoliang · 范俊峰 · Yaming, Ou · 孙香宇 · 谭民 · 程龙 · 周超

National Science Review 2026

参数信息

速度矢量幅值平均绝对误差

0.048 m/s

速度矢量方向平均绝对误差

16.49 °

线性度系数

0.896

机器人轨迹估计误差

0.284 m

技术优势

直接测速度矢量

设计让水流冲击摇杆压缩硅胶弹簧，将流速变化转化为多方向光通量变化，由光敏单元读出，无需外部参考即可得到局部流速矢量。

解决建模难题

针对柔性材料大变形、非线性力学和耦合特性导致传统建模困难的问题，提出深度神经网络算法 CLANN，实现流速矢量标定和多传感器数据融合。

机器人自估轨迹

将传感器集成到水下机器人平台，在姿态扰动条件下与惯性测量单元融合，机器人可在不同运动状态下估计自身轨迹，误差 0.284 m。

应用场景

• 水下机器人感知：为水下机器人提供自身速度矢量，用于轨迹估计和运动控制。
• 流体速度传感：测量局部流速矢量，用于流体环境感知。
• 柔性MEMS传感器：柔性结构可贴合复杂表面，实现分布式流速测量。