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低成本耐用超灵敏机器人电子皮肤:实现类人感知新突破

剑桥大学与UCL联合研发可像手套套在机器手上电子皮肤,单一材料集成86万微型通道感知多模态触觉

科学家开发低成本、耐用、高灵敏机器人"皮肤",可像手套加装机器手,使机器人以类似人类方式感知周围环境信息。

全表面传感突破传统局限

剑桥大学与伦敦大学学院(UCL)研究人员开发柔性导电皮肤,易制造、可熔融成型各种复杂形状。技术感知处理多种物理输入,让机器人以更有意义方式与物理世界互动。

区别于典型嵌入小区域传感器、需不同传感器检测不同触觉类型方案,该电子皮肤整体即传感器,更接近我们自身感知系统:皮肤。

感知能力与机器学习优化

虽不及人类皮肤灵敏,但可检测材料中86万+微型通道信号,识别不同触觉压力类型:手指轻触、冷热表面、切割刺损、多点同时触碰——单一材料实现。

研究者结合物理测试和机器学习技术帮电子皮肤"学习"哪些通道最重要,从而更高效感知不同接触类型。

独家专访:共同作者Thomas George Thuruthel博士

最大技术挑战:软性材料与刚性导线接口

Tech Briefs:熔融成型皮肤最大技术挑战?

Thuruthel:有几个小挑战。材料流动性不佳,难创建极复杂形状,可能出现间隙。但诚实说最大挑战是用电子板连线材料。材料本身柔软顺应,但导线某处必须刚性。软性材料与刚性导线接口始终是大挑战。

熔融成型工艺

Tech Briefs:熔融成型流程?

Thuruthel:用水浴。材料50-60°C熔化,30-40°C固化。加热成液体,模具小孔倒入,小孔排出。倒入材料、封孔、静置数小时定型。打开模具,易脱模取出成品形状。

通道数对比:商用电子皮肤与人类触觉

Tech Briefs:文称"检测86万微型通道信号"。当前商用电子皮肤检测多少信号?与人类触觉对比?

Thuruthel:虽称86万通道,不代表独立信息单元数。信息多但冗余多。未量化独立信息量。但大概我们装置约2000-3000单元。人手约15000单元。大多商用很离散:百个或十个量级——百个已罕见。

但有基于视觉触觉传感器技术,手内嵌相机。理论分辨率更高,但同样难量化。无法得出单元数。

后续研究计划

Tech Briefs:后续研究计划?

Thuruthel:获英国最新资助,推进技术商业化应用。未测试皮肤经历数千或万次重复接触表现。预期这可能成问题,特别是软性材料与网络接口处。

寻找更好接口方式、不同材料。现用水凝胶,尚可但不够坚固耐用。探索合成材料、天然材料如橡胶替代。

进而看高层任务。目前仅估计感知信息(如接触位置)。要闭环——如何用此信息让机器手/系统执行真正有用现实任务?

这些是下一步。

视频字幕摘要

机器人现能像我们感受触觉。剑桥大学创造嵌超灵敏传感器人工皮肤。传感器不只检测压力,读取纹理、温度、甚至疼痛信号。研究者铸造成手形皮肤由电解水凝胶制成,腕部嵌电极。皮肤跨电场检测不同刺激类型。传感器监测数千信息位不仅检测刺激位置也类型。信息传输至电极。人工皮肤同时检测多种感觉:触觉、湿度、温度、疼痛,可像手套套机械机器手。低成本皮肤可革新假肢、机器人手术、汽车工业、康复、甚至太空探索。未来变得更人性化。

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