和人类一样，机器人也有能够感知冷热的“皮肤

原标题：机器人拥有“皮肤”触觉（创新中心）机器人能否拥有像人类一样柔软、敏感、能感受冷热的“皮肤”？来自剑桥大学和伦敦大学学院的研究小组最近在《科学机器人》杂志上发表文章称，他们开发了一种新型柔性导电机器人“皮肤”，它可以同时感知压力和温度等信息，还可以区分多个接触点，并能以类似人类的方式获取有关其环境的信息。 “这种‘皮肤’是由单一材料制成的。只需要一个传感器就可以同时识别多种刺激，而且它可以呈现出各种复杂的形状，这在以前是很难实现的。”主要作者、剑桥大学工程学院博士戴维·哈德曼在接受记者采访时告诉记者。人体皮肤分布着感觉神经和运动神经，其特殊的神经末梢和感受器广泛分布于表皮、真皮和皮下组织，感知体内外的各种刺激，产生各种感觉并引发相应的神经反射。传统的机器人“皮肤”主要基于微机电系统，在其表面放置大量微传感器来模拟人类神经系统。但这种方案制造工艺复杂，软硬材料容易脱落，结构薄弱，传感器之间经常出现信号干扰，难以大规模实现，其功能远未达到人体皮肤的综合感官水平。英国研究小组的关键进展在于，它允许机器人通过单个传感器来区分多种不同的刺激。这种检测方法被称为“电阻抗断层扫描”，在单层水凝胶薄膜周围放置 32 个电极，每四个电极电极组合成一个测量单元，生成超过86万种不同的电流路径组合，形成密集、全覆盖的检测网络。例如，研究人员首先通过一对电极向水凝胶的“皮肤”施加微弱电流。当外部条件发生变化，例如温度升高、湿度变化或与物体接触时，水凝胶的电性能会相应变化，从而减少先前施加的电流。它也会改变。另一对电极实时监测这种变化。通过分析当前模式的差异，系统可以确定“皮肤”收到的刺激类型。由于皮肤在任何给定时间都会模仿外界接收各种营养物质，因此产生的电信号复杂多样。为了有效处理这种信息反馈，研究团队引入了人工智能算法的训练，使得该系统能够自主学习和识别哪些电极组合可以最有效地区分特定刺激。即这些电极扮演“神经”的角色，人工智能扮演“大脑”的角色。该机器人还配备了“触觉系统”，因为“大脑”可以识别某些电信号并将其解释为相应的“情绪”。这项研究的另一个重要创新体现在所使用的柔性材料上。该材料是一种水凝胶，是一种极其亲水的三维网络凝胶，具有优异的导电性、柔韧性和可塑性，对机械力、温度和湿度敏感。可以直接成型复杂的形状，例如成人手掌的比例模型。由水凝胶制成的模拟“皮肤”更加柔软、触感更强，为构建高度仿生且稳定的下一代人造皮肤系统奠定了基础。这一制度奠定了物质基础。 “这基于水凝胶和电阻抗断层扫描的多模态传感技术，不仅是机器人感知和材料科学领域的新突破，也体现了计算智能和仿生智能融合的新趋势。”北京大学君智先进制造与机器人学院教授于告诉记者，该研究克服了传统设计的水凝胶层、电极环和具有识别系统的人造皮肤的瓶颈，采用数据驱动的方法，让材料柔性“感知”。随着人造皮肤对环境的敏感度与人类皮肤一样，人机交互的界限将被重新定义。尽管这项技术取得了令人瞩目的成就，但它仍然面临着挑战，例如，水凝胶容易在空气中失水并容易破裂，从而使其在高温环境下性能不稳定。实际需要的时间很多，但要实现快速交互的要求却很困难。研究团队表示，下一步将重点开发新的、更稳定的水凝胶和替代材料，并优化算法以提高响应速度。 “无论如何，打造机器人的‘皮肤’是非常重要的。”于俊治的“帽子”不单单是在其他地方，它还具有与外部环境副交互的能力，帮助其适应更复杂的环境。未来，此类人造皮肤有望应用于人形机器人、医疗健康监测、智能可穿戴设备、智能假肢、工业制造、灾后救援等领域。同时，该技术也将促进柔性电子、智能材料、类脑传感系统等前沿技术的进一步发展。