我們有機器人可以走路，看，說(shuō)，聽(tīng)，并操縱機器人手中的物體。甚至還有一個(gè)可以聞到的機器人。但是觸覺(jué)呢?這說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難以理解，目前正在研究的一些方法存在局限性，但我們正在開(kāi)發(fā)一種可以克服其中一些問(wèn)題的新技術(shù)。
對于人類(lèi)來(lái)說(shuō)，觸摸在我們移動(dòng)身體時(shí)起著(zhù)至關(guān)重要的作用。觸摸與視覺(jué)相結合對于拾取物體(硬或軟，輕或重，溫暖或寒冷)等任務(wù)至關(guān)重要，而不會(huì )損壞它們。
在機器人操縱領(lǐng)域，其中機器人手或抓手必須拾取物體，增加觸覺(jué)可以消除處理柔軟，易碎和可變形物體的不確定性。
追求聰明的肌膚
在工程術(shù)語(yǔ)中量化觸摸不僅需要精確了解施加到觸摸傳感器的外力的大小，而且還需要知道力的確切位置，角度以及它將如何與被操縱的對象相互作用。
然后是關(guān)于機器人需要多少傳感器的問(wèn)題。開(kāi)發(fā)可能包含數百甚至數千個(gè)觸摸傳感器的機器人皮膚是一項具有挑戰性的工程任務(wù)。
在設計機器人等效物，智能皮膚時(shí)，理解生物世界中觸摸感知的物理機制提供了很好的見(jiàn)解。
但是智能皮膚發(fā)展的一個(gè)重要障礙是所需的電子產(chǎn)品。
日常用力和觸摸測量
觸覺(jué)通常由傳感器測量，該傳感器可將壓力轉換為小電信號。當您使用數字秤稱(chēng)量自己或測量廚房中的配料時(shí)，秤可能使用壓電傳感器。
這是一種將力量轉化為電力的裝置。然后，來(lái)自傳感器的微小電流通過(guò)導線(xiàn)連接到一個(gè)小型微芯片，該芯片讀取電流強度，將其轉換為有意義的重量測量值，并將其顯示在屏幕上。
盡管能夠感知不同水平的力，但是這些電子設備具有若干限制，這使得智能皮膚變得不可行。特別是，他們對部隊的響應時(shí)間相對較慢。
還有其他類(lèi)型的觸摸傳感器基于改變其他電特性的材料，例如電容或電阻。您的手機屏幕可能內置了此技術(shù)，如果您在計算機上使用觸控板，它肯定會(huì )使用觸摸傳感器。
柔軟靈活的力感應
近年來(lái)，在制造可嵌入柔軟和柔性材料中的觸摸傳感器方面取得了很大進(jìn)展。這正是我們對智能皮膚所需要的。
但是，在存在水分的情況下，許多這些發(fā)展完全失敗(由于傳感類(lèi)型)。(你有沒(méi)有在智能手機的觸摸屏上試過(guò)濕手指?)
醫療應用現在是靈活和強大的力感應需求背后的主要驅動(dòng)力。例如，智能皮膚可用于恢復患有皮膚損傷或周?chē)窠?jīng)病變(麻木或麻刺感)的患者的感覺(jué)反饋。它還可以用于賦予假手基本的觸摸感應能力。
最近，麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種可擴展的觸覺(jué)手套，并將其與人工智能相結合。均勻分布在手上的傳感器可用于識別單個(gè)物體，估計其重量，并探索在抓住它們時(shí)出現的典型觸覺(jué)模式。
研究人員創(chuàng )造了一種手套，其中548個(gè)傳感器裝配在針織物上，該針織物包含由導電線(xiàn)電極網(wǎng)絡(luò )連接的壓阻膜(其也對壓力或應變作出反應)。
這是第一次大規模記錄此類(lèi)信號的成功嘗試，揭示了可用于未來(lái)假肢設計和機器人抓取工具的重要見(jiàn)解。
但就像幾乎所有其他采用電容，電阻或壓電技術(shù)設計的觸摸界面一樣，這種觸覺(jué)技術(shù)在濕手指或水下時(shí)效果不佳。
地平線(xiàn)上的光力傳感
為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們開(kāi)發(fā)了一種新形式的觸覺(jué)傳感器，它使用有機LED(OLED)和有機光電二極管(OPD)的納米薄膜來(lái)測量柔軟觸感。
OLED技術(shù)通常存在于電視和智能手機屏幕中。我們測量觸覺(jué)的方法基于光學(xué)力傳感。
OLED元件(稱(chēng)為二極管或像素)實(shí)際上是完全可逆的。這意味著(zhù)，除了能夠產(chǎn)生光(如在電視屏幕中)，這些像素也可以檢測光。
利用這一原理，我們可以制造出一個(gè)微小的，不透明的柔性圓頂，并在一些OLED像素上方放置一層反射涂層。如果圓頂沒(méi)有受到干擾，則從中心像素發(fā)射的光均勻地分布在圓頂下方的所有其他像素上。
但是如果圓頂被按下 - 通過(guò)觸摸某物 - 它將變形，導致用于檢測反射光的像素的不相等響應。結合接觸區域中幾十個(gè)圓頂的響應，可以估計施加的力。
這種方法是朝著(zhù)簡(jiǎn)化大面積應用的智能皮膚布局邁出的重要一步，我們希望我們很快就會(huì )看到機器人可以在潮濕甚至水下時(shí)在空中進(jìn)行全身感應。對話(huà)
阿賈伊潘迪，高級講師(智能仿生軟機器人技術(shù))，昆士蘭科技大學(xué)和喬納森·羅伯茨，教授機器人，昆士蘭科技大學(xué)。