韩国机械与材料研究所宣布，韩国研究团队成功开发出一种超紧凑三轴磁传感器。该传感器通过引入创新的磁通引导结构，能够仅使用单个平面传感器同时精确测量x、y、z三个方向的磁场，可广泛应用于需要高精度运动的机器人指尖、手术机器人以及各类医疗设备等领域。
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韩国研究团队开发出一种超紧凑三轴磁传感器，可应用于需要高精度运动的手术机器人。
韩国研究团队开发出一种超紧凑三轴磁传感器，可应用于需要高精度运动的机器人指尖和医疗设备。
韩国机械与材料研究所（KIMM）于6日宣布，人工智能机器人研究中心生物机器人实验室由首席研究员吴善钟（Oh Sun-jong）领导的研究团队，开发出一种能够同时测量x、y和z方向磁场的传感器。该研究成果已于6月13日发表在国际期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。
通常，机器人使用磁铁来感知其在三维空间中的运动。附着在机器人手指或关节等运动部件上的磁铁在移动时会改变周围的磁场，这种变化由磁场传感器进行测量。
为了检测三维空间中磁场的变化，必须测量x、y和z方向的磁场。传统的平面传感器只能测量x和y方向（左右和前后）的磁场，而难以测量垂直于传感器表面的z方向磁场。为了测量z方向的磁场，必须安装一个垂直于x-y平面的额外传感器。
研究团队通过在传感器顶部形成“磁通引导器”来改变磁场方向，从而解决了这一问题。该磁通引导器由超顺磁性纳米颗粒制成，当外部磁场移除时其磁化现象会消失。它能将垂直入射的磁场引导至传感器可检测的平面方向，从而使单个传感器能够测量所有三个方向的磁场。
首席研究员吴善钟表示：“这项研究的关键区别在于，我们仅使用平面传感器即可测量x、y和z所有三个方向的磁场，而无需单独安装垂直传感器。由于该传感器仅使用单个平面器件，因此非常薄，非常适合用于可穿戴设备。”
该团队开发的超紧凑三轴磁传感器的z轴磁场灵敏度比现有传感器高出约三倍，将垂直磁场转换为传感器可测量方向的磁场转换效率提高了高达40%。
该传感器尺寸为500微米（μm；1 μm为一百万分之一米）乘500 μm，即使四个传感元件同时运行，其功耗也仅约为16毫瓦（mW；1 mW为千分之一瓦）。
传统的磁通引导器使用镍或坡莫合金等铁磁材料。铁磁材料表现出“磁滞”现象，即即使在磁场移除后磁化仍然存在，因此需要额外的复位电路。其制造工艺也很复杂，涉及电镀或精密加工。
研究团队应用了超顺磁性纳米颗粒，当外部磁场移除时其磁化会消失，从而无需单独的复位电路即可进行重复的磁场测量。他们还通过将纳米颗粒制成墨水并直接打印到传感器上，简化了制造工艺。
除了测量磁场外，开发出的传感器还可扩展为触觉传感器，能够精确检测机器人与物体接触时产生的力。参与该研究的博士后研究员全昌烨（Jeon Chang-yeob）表示：“我们计划将应用范围扩大到需要精确测量运动和力的领域，如机器人手、软体机器人、人机接口和医疗设备。”
资讯来源
- dongascience.com (2026-10-06)
- 原文： 韩国机械与材料研究所开发出用于机器人指尖的超紧凑三轴磁传感器
- DongA Science
- https://dongascience.com/en/news/80199