斯坦福大學(xué)電子皮膚 希望賜予機(jī)器人如人類般敏感而優(yōu)質(zhì)的觸覺

　　機(jī)器人沒有觸覺會(huì)怎樣?以下便是最生動(dòng)的例子↓

　　一直以來，機(jī)器人沒有足夠優(yōu)質(zhì)的觸覺，是讓很多機(jī)器人學(xué)家頭疼的問題。

　　拿起一樣?xùn)|西需要用多大力，以怎樣的姿勢(shì)拿比較合適，這些對(duì)于人類來說再簡(jiǎn)單不過的問題，對(duì)機(jī)器人來說顯然并不那么輕松。

　　所以，在之前的工廠里，工程師們需要精準(zhǔn)計(jì)算機(jī)器人要拿起來的物品的坐標(biāo)和大小，以讓機(jī)器人快速高效的完成抓取的工作。

　　擁有結(jié)構(gòu)化環(huán)境和固定‘工位’的機(jī)器人

　　即便如此，再復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，也不能完全填補(bǔ)機(jī)器人沒有優(yōu)秀觸覺的弊端。就像文章開頭的那張圖片，當(dāng)碰到柔軟的樹莓時(shí)，它永遠(yuǎn)不知道自己到達(dá)什么位置，才算完美的接觸到這顆果實(shí)。

　　所以，能否解決機(jī)器人在抓取東西這方面遠(yuǎn)不如人類能干的問題，成為很多科學(xué)家致力于解決的科研問題。

　　在解決這一問題上，也出現(xiàn)了兩個(gè)比較主流的派系，一種是另辟蹊徑的想法：既然機(jī)器人在觸覺上還不能完美復(fù)刻人類，那么我們可以把它做得足夠柔軟。

　　因而，在各大科技類網(wǎng)站上，都出現(xiàn)過與下面圖片類似的柔軟抓手，它們?nèi)缤卖~的觸手一般，可以把物品包裹住，再完成之后的抓取任務(wù)?！　?/p>

　　或者模仿?lián)碛腥祟愔腔鄣恼奂埶囆g(shù)，這些折紙類的軟體機(jī)器人可柔和硬，也能完好無損的將樹莓抓取上來。　　

　　另一種就是死磕到底：致力于提高機(jī)器人觸覺感知能力，研發(fā)中各種不同種類的電子皮膚。

　　近日，斯坦福大學(xué)在Science Robotics上就發(fā)表了一篇關(guān)于其電子皮膚的文章，這款電子皮膚，可以說是讓我們走上了有朝一日讓機(jī)器人擁有人體皮膚感知能力的道路?！　?/p>

　　其實(shí)，在人類的手指和手掌上擁有很多觸摸傳感器，這些傳感器可以檢測(cè)壓力，熱量和其他刺激。這些傳感器和名叫“棘毛” (Spinosum) 的子層密切配合，這一層里，有微觀的千山萬壑，這些崎嶇的地形，對(duì)人類觸覺的形成至關(guān)重要。

　　當(dāng)人的手指接觸物體的時(shí)候，外層皮膚會(huì)向棘毛這一層移動(dòng)。如果是輕度接觸，外層皮膚會(huì)接觸到那些棘毛的“小山”，山上的傳感器就會(huì)感受到。如果是重度接觸，外層皮膚被迫走向更深一層，凹陷的溝壑里傳感器會(huì)接收到信號(hào)，這樣便會(huì)引發(fā)更強(qiáng)烈的觸感?！　?/p>

　　除此之外，棘毛還可以測(cè)量壓力的方向，就是切向和法向分別有多少力施加在皮膚上，如果一根手指向北推某個(gè)東西，“小山”的南坡就會(huì)感受到強(qiáng)烈的信號(hào)，這是一種叫做剪應(yīng)力 (Shear Force) 的力量，可以幫助人類握起一個(gè)雞蛋：讓雞蛋不會(huì)被握碎，也不會(huì)掉在地上摔碎。

　　斯坦福大學(xué)的電子皮膚，就是模仿人類手指觸覺器官而來的。在他們研究的裝有電子皮膚的手套上，每個(gè)手指的傳感器都是三層的?！　?/p>

　　其中上層和底層帶電，中層是不帶電的橡膠層，可以讓上層和底層的電極保持分離的狀態(tài)。

　　研究人員在 (上層與底層) 兩個(gè)相對(duì)的面上，鋪設(shè)了電線網(wǎng)格 (Grid of Electrical Lines) ，就像電場(chǎng)線那樣。然后讓這些“電場(chǎng)線”互相垂直，形成一個(gè)密集的感應(yīng)像素陣列。其中底層，就像人類皮膚的棘毛層那樣溝壑縱橫。

　　中間的橡膠層很重要，因?yàn)閮蓪与姌O距離很近，又不互相接觸，這樣的結(jié)構(gòu)可以儲(chǔ)存電能。當(dāng)手指向下按的時(shí)候，上層電極和下層就會(huì)更靠近，存儲(chǔ)的電能就會(huì)增加。

　　一方面我們可以根據(jù)儲(chǔ)存電量的大小來判斷壓力的大小，另一方面底層“山丘”狀的結(jié)構(gòu)加上電網(wǎng)格上密布的點(diǎn)，我們也可以知道每一點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的壓力大小和方向。這樣類似人類手指的觸感就形成了。

　　試驗(yàn)中，斯坦福大學(xué)的研究人員讓帶著裝有電子皮膚的手套的機(jī)械臂在輕輕觸碰到樹莓時(shí)便能感知到，并且能夠迅速退回不至于傷害到柔軟的果實(shí)?！　?/p>

　　也可以輕輕抓起一個(gè)圓形的乒乓球任意移動(dòng)?！　?/p>

　　那講完這個(gè)神奇的電子皮膚，回到我們最初的問題。既然在解決機(jī)器人觸覺方面出現(xiàn)了兩個(gè)主要的研究方向：電子皮膚和軟體機(jī)器人。那么在模仿人手的道路上，小編認(rèn)為肯定是要殊途同歸的。

　　比如像康奈爾大學(xué)這只發(fā)表在《Science》雜志上的觸覺機(jī)械手“Gentle Bot”，它不僅擁有柔性的外表，還能夠感知所接觸物體的形狀和質(zhì)地?！　?/p>

　　只是，和依靠電信號(hào)的電子皮膚不一樣，康奈爾大學(xué)這只觸覺機(jī)械手，采用的卻是導(dǎo)光材料。類似于“大白”的充氣狀手指，內(nèi)部有可彎曲的波導(dǎo)和可攜帶光波的導(dǎo)管。當(dāng)手指觸摸物體時(shí)，其外部的輕微形變導(dǎo)致波導(dǎo)彎曲，進(jìn)而扭曲或改變光信號(hào)，從而使機(jī)械手獲取相應(yīng)的觸摸數(shù)據(jù)，以確定被觸摸物體的堅(jiān)硬程度和形狀?！　?/p>

　　所以，在未來比起硬邦邦的機(jī)械手，你是不是也希望給你端茶的機(jī)器人，擁有和人類一樣柔軟的手掌呢?