我們有機器人可以走路，看，說，聽，并操縱機器人手中的物體。甚至還有一個可以聞到的機器人。但是觸覺呢?這說起來容易做起來難以理解，目前正在研究的一些方法存在局限性，但我們正在開發(fā)一種可以克服其中一些問題的新技術(shù)。

對于人類來說，觸摸在我們移動身體時起著至關(guān)重要的作用。觸摸與視覺相結(jié)合對于拾取物體(硬或軟，輕或重，溫暖或寒冷)等任務(wù)至關(guān)重要，而不會損壞它們。

在機器人操縱領(lǐng)域，其中機器人手或抓手必須拾取物體，增加觸覺可以消除處理柔軟，易碎和可變形物體的不確定性。

追求聰明的肌膚

在工程術(shù)語中量化觸摸不僅需要精確了解施加到觸摸傳感器的外力的大小，而且還需要知道力的確切位置，角度以及它將如何與被操縱的對象相互作用。

然后是關(guān)于機器人需要多少傳感器的問題。開發(fā)可能包含數(shù)百甚至數(shù)千個觸摸傳感器的機器人皮膚是一項具有挑戰(zhàn)性的工程任務(wù)。

在設(shè)計機器人等效物，智能皮膚時，理解生物世界中觸摸感知的物理機制提供了很好的見解。

但是智能皮膚發(fā)展的一個重要障礙是所需的電子產(chǎn)品。

日常用力和觸摸測量

觸覺通常由傳感器測量，該傳感器可將壓力轉(zhuǎn)換為小電信號。當您使用數(shù)字秤稱量自己或測量廚房中的配料時，秤可能使用壓電傳感器。

這是一種將力量轉(zhuǎn)化為電力的裝置。然后，來自傳感器的微小電流通過導線連接到一個小型微芯片，該芯片讀取電流強度，將其轉(zhuǎn)換為有意義的重量測量值，并將其顯示在屏幕上。

盡管能夠感知不同水平的力，但是這些電子設(shè)備具有若干限制，這使得智能皮膚變得不可行。特別是，他們對部隊的響應(yīng)時間相對較慢。

還有其他類型的觸摸傳感器基于改變其他電特性的材料，例如電容或電阻。您的手機屏幕可能內(nèi)置了此技術(shù)，如果您在計算機上使用觸控板，它肯定會使用觸摸傳感器。

柔軟靈活的力感應(yīng)

近年來，在制造可嵌入柔軟和柔性材料中的觸摸傳感器方面取得了很大進展。這正是我們對智能皮膚所需要的。

但是，在存在水分的情況下，許多這些發(fā)展完全失敗(由于傳感類型)。(你有沒有在智能手機的觸摸屏上試過濕手指?)

醫(yī)療應(yīng)用現(xiàn)在是靈活和強大的力感應(yīng)需求背后的主要驅(qū)動力。例如，智能皮膚可用于恢復患有皮膚損傷或周圍神經(jīng)病變(麻木或麻刺感)的患者的感覺反饋。它還可以用于賦予假手基本的觸摸感應(yīng)能力。

最近，麻省理工學院和哈佛大學的研究人員開發(fā)出一種可擴展的觸覺手套，并將其與人工智能相結(jié)合。均勻分布在手上的傳感器可用于識別單個物體，估計其重量，并探索在抓住它們時出現(xiàn)的典型觸覺模式。

研究人員創(chuàng)造了一種手套，其中548個傳感器裝配在針織物上，該針織物包含由導電線電極網(wǎng)絡(luò)連接的壓阻膜(其也對壓力或應(yīng)變作出反應(yīng))。

這是第一次大規(guī)模記錄此類信號的成功嘗試，揭示了可用于未來假肢設(shè)計和機器人抓取工具的重要見解。

但就像幾乎所有其他采用電容，電阻或壓電技術(shù)設(shè)計的觸摸界面一樣，這種觸覺技術(shù)在濕手指或水下時效果不佳。

地平線上的光力傳感

為了解決這個問題，我們開發(fā)了一種新形式的觸覺傳感器，它使用有機LED(OLED)和有機光電二極管(OPD)的納米薄膜來測量柔軟觸感。

OLED技術(shù)通常存在于電視和智能手機屏幕中。我們測量觸覺的方法基于光學力傳感。

OLED元件(稱為二極管或像素)實際上是完全可逆的。這意味著，除了能夠產(chǎn)生光(如在電視屏幕中)，這些像素也可以檢測光。

利用這一原理，我們可以制造出一個微小的，不透明的柔性圓頂，并在一些OLED像素上方放置一層反射涂層。如果圓頂沒有受到干擾，則從中心像素發(fā)射的光均勻地分布在圓頂下方的所有其他像素上。

但是如果圓頂被按下 - 通過觸摸某物 - 它將變形，導致用于檢測反射光的像素的不相等響應(yīng)。結(jié)合接觸區(qū)域中幾十個圓頂?shù)捻憫?yīng)，可以估計施加的力。

這種方法是朝著簡化大面積應(yīng)用的智能皮膚布局邁出的重要一步，我們希望我們很快就會看到機器人可以在潮濕甚至水下時在空中進行全身感應(yīng)。對話

阿賈伊潘迪，高級講師(智能仿生軟機器人技術(shù))，昆士蘭科技大學和喬納森·羅伯茨，教授機器人，昆士蘭科技大學。