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

　　機器人沒(méi)有觸覺(jué)會(huì )怎樣?以下便是最生動(dòng)的例子↓

　　一直以來(lái)，機器人沒(méi)有足夠優(yōu)質(zhì)的觸覺(jué)，是讓很多機器人學(xué)家頭疼的問(wèn)題。

　　拿起一樣東西需要用多大力，以怎樣的姿勢拿比較合適，這些對于人類(lèi)來(lái)說(shuō)再簡(jiǎn)單不過(guò)的問(wèn)題，對機器人來(lái)說(shuō)顯然并不那么輕松。

　　所以，在之前的工廠(chǎng)里，工程師們需要精準計算機器人要拿起來(lái)的物品的坐標和大小，以讓機器人快速高效的完成抓取的工作。

　　擁有結構化環(huán)境和固定‘工位’的機器人

　　即便如此，再復雜的數學(xué)計算，也不能完全填補機器人沒(méi)有優(yōu)秀觸覺(jué)的弊端。就像文章開(kāi)頭的那張圖片，當碰到柔軟的樹(shù)莓時(shí)，它永遠不知道自己到達什么位置，才算完美的接觸到這顆果實(shí)。

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

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

　　因而，在各大科技類(lèi)網(wǎng)站上，都出現過(guò)與下面圖片類(lèi)似的柔軟抓手，它們如同章魚(yú)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?lèi)智慧的折紙藝術(shù)，這些折紙類(lèi)的軟體機器人可柔和硬，也能完好無(wú)損的將樹(shù)莓抓取上來(lái)?！　?/p>

　　另一種就是死磕到底：致力于提高機器人觸覺(jué)感知能力，研發(fā)中各種不同種類(lèi)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(shuō)是讓我們走上了有朝一日讓機器人擁有人體皮膚感知能力的道路?！　?/p>

　　其實(shí)，在人類(lèi)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(guān)的千山萬(wàn)壑，這些崎嶇的地形，對人類(lèi)觸覺(jué)的形成至關(guān)重要。

　　當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，這樣便會(huì )引發(fā)更強烈的觸感?！　?/p>

　　除此之外，棘毛還可以測量壓力的方向，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 )感受到強烈的信號，這是一種叫做剪應力 (Shear Force) 的力量，可以幫助人類(lèi)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(lèi)手指觸覺(jué)器官而來(lái)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)相對的面上，鋪設了電線(xiàn)網(wǎng)格 (Grid of Electrical Lines) ，就像電場(chǎng)線(xiàn)那樣。然后讓這些“電場(chǎng)線(xiàn)”互相垂直，形成一個(gè)密集的感應像素陣列。其中底層，就像人類(lèi)皮膚的棘毛層那樣溝壑縱橫。

　　中間的橡膠層很重要，因為兩層電極距離很近，又不互相接觸，這樣的結構可以?xún)Υ骐娔?。當手指向下按的時(shí)候，上層電極和下層就會(huì )更靠近，存儲的電能就會(huì )增加。

　　一方面我們可以根據儲存電量的大小來(lái)判斷壓力的大小，另一方面底層“山丘”狀的結構加上電網(wǎng)格上密布的點(diǎn)，我們也可以知道每一點(diǎn)上對應的壓力大小和方向。這樣類(lèi)似人類(lèi)手指的觸感就形成了。

　　試驗中，斯坦福大學(xué)的研究人員讓帶著(zhù)裝有電子皮膚的手套的機械臂在輕輕觸碰到樹(shù)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(wèn)題。既然在解決機器人觸覺(jué)方面出現了兩個(gè)主要的研究方向：電子皮膚和軟體機器人。那么在模仿人手的道路上，小編認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(jué)機械手“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，和依靠電信號的電子皮膚不一樣，康奈爾大學(xué)這只觸覺(jué)機械手，采用的卻是導光材料。類(lèi)似于“大白”的充氣狀手指，內部有可彎曲的波導和可攜帶光波的導管。當手指觸摸物體時(shí)，其外部的輕微形變導致波導彎曲，進(jìn)而扭曲或改變光信號，從而使機械手獲取相應的觸摸數據，以確定被觸摸物體的堅硬程度和形狀?！　?/p>

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