劍橋大學(xué)開(kāi)發(fā)出具有觸覺(jué)感應(yīng)功能的新型水凝膠皮膚

幾十年來(lái)，機(jī)器人專(zhuān)家一直致力于研發(fā)在外觀和功能上都能模仿人類(lèi)的機(jī)器人。近期的技術(shù)進(jìn)步為類(lèi)人機(jī)器人帶來(lái)了新的前景，例如使用改進(jìn)的傳感器和柔軟的人造皮膚。

劍橋大學(xué)仿生機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的研究人員在此方面取得了重要進(jìn)展，開(kāi)發(fā)出一種基于水凝膠的皮膚，通過(guò)使用一系列基于電極的硬件系統(tǒng)和無(wú)模型計(jì)算方法重建觸覺(jué)刺激，能夠使機(jī)器人檢測(cè)損傷、感知物體或人類(lèi)的觸摸，并監(jiān)測(cè)其周?chē)h(huán)境。

水凝膠是一種不溶于水但含有大量水分的凝膠，具有很好的柔韌性和生物相容性。研究人員利用專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的傳感水凝膠作為皮膚的基礎(chǔ)，將水凝膠材料與電阻抗斷層掃描硬件相結(jié)合，該硬件使用安裝在皮膚邊緣的電極施加電流并測(cè)量電壓，從而提供與皮膚狀態(tài)有關(guān)的信息，推斷人造皮膚被觸摸的位置，以及是否有受損。

與傳統(tǒng)的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人造皮膚系統(tǒng)不同，這種水凝膠皮膚不需要復(fù)雜的計(jì)算模型來(lái)分析電極數(shù)據(jù)，而是使用少量真實(shí)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)化方法為基于水凝膠的系統(tǒng)生成變形圖。在初步評(píng)估中，研究人員發(fā)現(xiàn)基于水凝膠的系統(tǒng)明顯優(yōu)于基于傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人造皮膚系統(tǒng)，在170毫米的圓形皮膚上實(shí)現(xiàn)了12.1毫米的平均分辨率。

目前為止，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)這種新型水凝膠皮膚進(jìn)行了三項(xiàng)實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，即損傷檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和觸覺(jué)刺激識(shí)別。該系統(tǒng)在所有三個(gè)應(yīng)用中都表現(xiàn)良好，表明它有潛力提高應(yīng)用于各種任務(wù)的軟體機(jī)器人系統(tǒng)的能力。

研究團(tuán)隊(duì)表示，他們目前正在改進(jìn)皮膚的形狀和尺寸，使其能夠感知更復(fù)雜的刺激。例如，將皮膚應(yīng)用到機(jī)械手上，使它不僅能感知皮膚被觸摸的位置和力度，還能感知機(jī)械手每個(gè)手指的位置以及手是否受損。