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电子皮肤再获突破,机器人和假肢将拥有“人”的触觉

发布时间:2019-07-24    来源:中国机器人产业联盟网

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研究人员为电子皮肤开发了一款反应灵敏、“健壮”的人工神经系统。

eurekalert.org网站7月18日报道,新加坡国立大学(NUS)材料科学与工程助理教授Benjamin Tee的团队开发了一款新型人工神经系统——异步编码电子皮肤(ACES)。ACES具有超高的损伤响应能力和耐用性,可与任何类型的传感器皮肤搭配使用,有望使机器人和假肢设备具备与人类皮肤相当、甚至更好的触觉。相关成果刊登于《科学机器人》杂志。Tee说:“人类借助触觉完成大量日常工作,例如端起咖啡或握手。如果没有触觉,人类甚至可能失去走路时的平衡感。与之类似,机器人也需要有良好的触觉来保证它们与人类更好地交流。然而直至今日,机器人对人类来讲还是不够友好。”Tee一直致力于电子皮肤技术的研究,他希望能让机器人和假肢设备具备更好的触觉。

Tee的团队从人类的感觉神经系统中汲取了灵感。他们花了将近一年半的时间开发了ACES。ACES可以像人类的神经系统那样探测信号,但与人类皮肤上中的神经束不同,它是由单一导体连接的传感器网络构成的。ACES与现有电子皮肤的显著区别在于,它没有相互缠绕、连接的布线系统,因此灵敏度更高,也更容易扩大化。Tee解释说:“人类的感官神经系统不仅效率很高,还非常健壮。例如,当我们被割伤时,触觉不会因此受到太大影响。因此,如果我们能够模仿人类的生物系统工作原理,那么机器人领域将取得巨大进步。”

ACES具有高保真度和超快检测速度,其检测触摸的速度大约是人类感觉神经系统的1000倍。它能够在不到60纳秒的时间内区分不同传感器之间的物理接触,这是目前电子皮肤技术史上最快的速度。启用了ACES的电子皮肤还能在10毫秒内准确识别物体的形状、纹路和硬度,这一速度比眨眼速度还快近10倍。ACES平台还具备很强的稳定性。由于电子皮肤经常与环境进行物理接触,受到物理损伤的可能性很大。与现有电子皮肤不同,ACES中的所有传感器都是与通用导体相连,每个传感器的工作是相对独立的。因此,只要传感器和导体之间还存在连接,ACES就还能保持工作。

ACES简单的布线系统和出色的响应能力,使其具备良好的扩展性。Tee解释说:“可扩展性是我们需要考虑的重要因素。大型高性能电子皮肤需要覆盖的面积很大,而ACES可以很轻松地与任何类型的传感器皮肤配对。例如,温度、湿度传感器与ACES搭配后,电子皮肤会有更广泛的用途。”

此外,ACES还有望与自愈、防水皮肤结合,组成可自我修复的电子皮肤,帮助残疾人恢复触觉。其他潜在的应用方向还包括救灾机器人和仓库机器人等。NUS的研究人员希望在下一阶段的研究中将ACES平台应用于更加先进的机器人和假肢设备。


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