能感受到热、疼痛和压力的机器人？这种新的“皮肤”使之成为可能
科学家们开发了一种低成本、耐用、高度灵敏的机器人“皮肤”，可以像手套一样添加到机械手上，使机器人能够以类似于人类的方式检测周围环境的信息。 来自剑桥大学和伦敦大学学院 （UCL） 的研究人员开发了柔性、导电的蒙皮，它易于制造，可以熔化并形成各种复杂的形状。 该技术感知并处理物理输入范围，使机器人能够以更有意义的方式与物理世界进行交互。 与其他机器人触摸解决方案不同，机器人触摸解决方案通常通过嵌入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，剑桥和伦敦大学学院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 条微小路径的信号，使其能够识别不同类型的触摸和压力 - 例如手指的轻敲、冷热的表面、切割或刺伤造成的损坏，或者同时触摸多个点 - 在单一材料中。 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，除了人形机器人或人体假肢的潜在未来应用外，触觉至关重要，机器人皮肤还可用于汽车行业或救灾等各种行业。 结果发表在《科学机器人》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——一种传感器用于检测压力，另一种传感器用于温度，等等——然后将它们嵌入到柔软、柔韧的材料中。 然而，来自这些不同传感器的信号会相互干扰，并且材料很容易损坏。 “为不同类型的触摸使用不同的传感器会导致材料制造起来很复杂，”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，以可以同时检测多种类型的触摸，但在一种材料中。 “与此同时，我们需要一些便宜且耐用的东西，以便它适合广泛使用，”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传感器，该传感器对不同类型的触摸做出不同的反应，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、有弹性且导电的明胶基水凝胶，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，以确定哪种电极配置为他们提供了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，他们仅通过放置在手腕上的 32 个电极，就能够在整只手上收集超过 170 万条信息。 皮肤当时是在不同类型的触摸上进行了测试：研究人员用热风枪将其炸开，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榨取大量信息——它们可以非常快速地进行数千次测量，”说哈德曼是合著者饭田文也教授实验室的博士后研究员。 “他们在大表面积上同时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东西都要好，”Thuruthel 说。 “我们的方法比传统传感器更灵活且更易于构建，并且我们能够使用人机来校准它来执行一系列任务。” 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的测试。 该研究得到了三星全球研究外展计划、英国皇家学会和英国研究与创新 （UKRI） 下属的工程与物理科学研究委员会 （EPSRC） 的支持。 Fumiya Iida 是剑桥大学科珀斯克里斯蒂学院的院士。