赋予机器人触觉并不容易

原标题：赋予机器人触觉并不容易

我们有机器人，可以在机器人手中行走、观察、说话、倾听和操纵物体。甚至有一个机器人可以闻到它。但是触摸呢？这说起来容易做起来难，一些正在研究的方法有局限性，但我们正在开发一种新技术，可以克服其中一些问题。

对人类来说，当我们移动身体时，触摸起着至关重要的作用。触觉和视觉的结合对于拾取物体(硬的或软的、轻的或重的、暖的或冷的)而不损坏它们是非常重要的。

在机器人操作领域，机器人的手或抓手必须拾取物体，增加触觉可以消除处理柔软、易碎和可变形物体的不确定性。

追求智能皮肤

在工程术语中量化触摸不仅需要确切知道施加到触摸传感器上的外力的大小，还需要知道力的确切位置和角度，以及力将如何与被操纵的物体相互作用。

然后就是机器人需要多少传感器的问题。开发可能包含数百甚至数千个触摸传感器的机器人皮肤是一项具有挑战性的工程任务。

理解生物世界中触摸感知的物理机制，为设计机器人等效智能皮肤提供了很好的洞察力。

但智能皮肤发展的一个重要障碍是所需的电子产品。

日常力和触觉测量

触摸通常由传感器测量，传感器可以将压力转换成小电信号。当你在厨房使用数字秤称体重或测量配料时，秤可能会使用压电传感器。

这是一种将电能转化为电能的装置。然后，来自传感器的微小电流通过电线连接到一个小微芯片上，微芯片读取电流强度，将其转换为有意义的重量测量值，并显示在屏幕上。

虽然它们可以感知不同程度的力，但这些电子设备有几个限制，这使得智能皮肤不可行。特别是，他们对部队的反应时间相对较慢。

还有其他类型的触摸传感器，基于改变电容或电阻等其他电气特性的材料。这项技术可能内置在你的手机屏幕上。如果你在电脑上使用触摸板，它肯定会使用触摸传感器。

柔软灵活的力感测

近年来，在制造可嵌入柔软和柔性材料的触摸传感器方面取得了很大进展。这正是我们智能皮肤所需要的。

然而，在有湿气的情况下，许多这些发展完全失败(由于传感类型)。你试过在智能手机的触摸屏上湿手指吗？)

医疗应用现在是灵活而强大的力感测需求背后的主要驱动力。例如，智能皮肤可用于恢复皮肤损伤或周围神经病变(麻木或刺痛)患者的感觉反馈。也可以用来赋予假手基本的触觉感知能力。

最近，麻省理工学院和哈佛大学的研究人员开发了一种可扩展的触觉手套，并将其与人工智能相结合。均匀分布在手上的传感器可以用来识别单个物体，估计它们的重量，并在抓握它们时探索典型的触觉模式。

研究人员创造了一种手套，在这种手套中，548个传感器被组装在包含压阻薄膜的针织织物上，压阻薄膜通过导线和电极网络(也对压力或应变做出反应)连接。

这是首次大规模记录此类信号的成功尝试，揭示了可用于未来假肢设计和机器人抓取工具的重要见解。

但是像几乎所有其他用电容、电阻或压电技术设计的触摸接口一样，这种触觉技术在手指潮湿或水下时无效。

地平线上的光学力传感

为了解决这个问题，我们开发了一种新型的触觉传感器，它使用有机发光二极管(有机发光二极管)和有机光电二极管(OPD)纳米薄膜来测量软触摸。

有机发光二极管技术通常存在于电视和智能手机屏幕上。我们测量触感的方法是基于光学力感测。

有机发光二极管元件(称为二极管或像素)实际上是完全可逆的。这意味着除了能够产生光(如在电视屏幕中)，这些像素还可以检测光。

利用这个原理，我们可以制作一个微小的、不透明的柔性圆顶，并在一些有机发光二极管像素上放置一个反射涂层。如果圆顶不受干扰，则从中心像素发出的光均匀地分布在圆顶下面的所有其他像素上。

但是如果圆顶被按压——通过触摸某物——它会变形，导致用于检测反射光的像素的不均匀响应。结合接触区几十个穹顶的响应，可以估算出施加的力。

这种方法是简化大面积应用智能皮肤布局的重要一步。我们希望很快就能看到，机器人在潮湿甚至水下时，也能感知空气中的整个身体。会话

潘迪，昆士兰科技大学高级讲师(智能仿生软机器人技术)，乔纳森罗伯特，昆士兰科技大学机器人学教授。