会感到发热、疼痛和压力的机器人
科学家们开发了一种低成本、耐用、高度敏感的机器人“皮肤”，可以像手套一样添加到机器人手上，使机器人能够以类似于人类的方式检测有关周围环境的信息。 来自剑桥大学和伦敦大学学院 （UCL） 的研究人员开发了这种柔性导电皮肤，这种皮肤易于制造，可以熔化并形成各种复杂的形状。 该技术感知并处理范围的物理输入，使机器人能够以更有意义的方式与物理世界交互。 与其他机器人触摸解决方案不同，这些解决方案通常通过嵌入在小区域的传感器工作，需要不同的传感器来检测不同类型的触摸，而剑桥大学和伦敦大学学院的研究人员开发的整个电子皮肤都是一个传感器，使其更接近我们自己的传感器系统：我们的皮肤。 虽然机器人皮肤不像人类皮肤那么敏感，但它可以检测来自材料中超过 860,000 个微小路径的信号，使其能够识别单个材料中不同类型的触摸和压力，例如手指轻敲、热或冷表面、切割或刺伤造成的损坏，或同时触摸多个点。 研究人员结合使用物理测试和机器学习技术来帮助机器人皮肤“学习”这些途径中的哪一条最重要，因此它可以更多地感知不同类型的接触有效。 研究人员表示，除了触觉至关重要的人形机器人或人类假肢的未来潜在应用外，机器人皮肤还可用于汽车行业或救灾等各种行业。 研究结果发表在《Science Robotics》杂志上。 电子皮肤的工作原理是将物理信息（如压力或温度）转换为电子信号。 在大多数情况下，需要不同类型的传感器不同类型的触摸 - 一种类型的传感器用于检测压力，另一种类型的传感器用于温度等 - 然后将其嵌入到柔软、灵活的材料中。 但是，来自这些不同传感器的信号可能会相互干扰，并且很容易损坏材料。 “为不同类型的触摸使用不同的传感器会导致材料制造复杂，”剑桥工程系的主要作者 David Hardman 博士说。 “我们想开发一种解决方案可以同时检测多种类型的触摸，但使用的是单一材料。 “与此同时，我们需要一些便宜且耐用的东西，以便适合广泛使用，”伦敦大学学院的合著者 Thomas George Thuruthel 博士说。 他们的解决方案使用一种类型的传感器，这种传感器对不同类型的触摸反应不同，称为多模态传感。 虽然分离出每个信号的原因具有挑战性，但多模态传感材料更容易制造且更坚固。 研究人员熔化了一种柔软、有弹性且导电的基于明胶的水凝胶，并将其铸造成人手的形状。 他们测试了一系列不同的电极配置，以确定哪种配置能为他们提供有关不同类型触摸的最有用信息。 由于导电材料中的微小路径，他们仅从手腕处放置的 32 个电极中，就能够收集整只手的 170 多万条信息。 皮肤当时在不同类型的触摸上进行了测试：研究人员用热风枪轰炸它，用手指和机械臂按压它，用手指轻轻触摸它，甚至用手术刀将其切开。 然后，该团队使用在这些测试期间收集的数据来训练机器学习模型，以便手能够识别不同类型的触摸的含义。 “我们能够从这些材料中提取大量信息——他们可以非常快速地进行数千次测量，”他说Hardman 是合著者 Fumiya Iida 教授实验室的博士后研究员。 “他们同时在大面积上测量许多不同的事物。” “我们还没有达到机器人皮肤与人类皮肤一样好的水平，但我们认为它目前比其他任何产品都要好，”Thuruthel 说。 “与传统传感器相比，我们的方法更灵活、更容易构建，而且我们能够使用人工干预来校准它以完成一系列任务。” 未来，研究人员希望提高电子皮肤的耐用性，并对现实世界的机器人任务进行进一步测试。 该研究得到了三星全球研究推广计划、英国皇家学会和英国研究与创新 （UKRI） 旗下工程与物理科学研究委员会 （EPSRC） 的支持。 Fumiya Iida 是剑桥科珀斯克里斯蒂学院的研究员。