新型電子手套：讓機器人擁有觸覺(jué)！

   
     2）美國休斯頓大學(xué)開(kāi)發(fā)一種人造皮膚，它能讓機器手臂能夠感知不同的冷熱，也可以用于生物醫電方面的一系列應用。

 3）加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)發(fā)明了一種低成本的柔性傳感器，它能在被拉伸、折疊、彎曲的情況下，檢測手指的靠近以及輕觸。

4）美國普渡大學(xué)開(kāi)發(fā)一種稱(chēng)為“iSoft”的可拉伸柔性傳感器。它能進(jìn)行實(shí)時(shí)、“多模式”的感知，例如感知持續的接觸以及不同方向的拉伸。

創(chuàng )新

    今天，再為大家介紹有關(guān)機器人觸覺(jué)感知能力的一項新技術(shù)。

    近日，美國斯坦福大學(xué)的工程師們開(kāi)發(fā)出一種含有傳感器的電子手套。有朝一日，這些傳感器將賦予機器人手更大的靈巧性，而這種靈巧性在人類(lèi)看來(lái)是理所當然的。

      在一篇于11月21日發(fā)表在《科學(xué)機器人學(xué)（ScienceRobotics）》期刊上的論文中，化學(xué)工程師ZhenanBao及其團隊演示了這種傳感器。它工作得很好，足以使機器人手能夠觸摸嬌嫩的漿果，以及握住一個(gè)乒乓球，重點(diǎn)是不會(huì )壓扁它們。

技術(shù)

      Bao表示，手套指尖中的傳感器同步測量壓力的強度與方向，這兩個(gè)物理量對于實(shí)現靈巧的動(dòng)手能力來(lái)說(shuō)是不可或缺的。研究人員們必須繼續完善這項技術(shù)，從而自動(dòng)控制這些傳感器。當他們使這項技術(shù)變得完美時(shí)，穿戴這種手套的機器人將能夠在拇指和食指之間靈巧地握住一個(gè)雞蛋，而不會(huì )壓扁它們或者讓它們滑落。

      這種電子手套模仿了人類(lèi)皮膚各層一起工作的方式，這種方式賦予我們的雙手非凡的感知能力。

      我們皮膚的外層充滿(mǎn)可檢測壓力、熱量和其他刺激的傳感器。我們手指和手掌含有非常豐富的觸摸傳感器。這些傳感器與皮膚的一個(gè)子層，也稱(chēng)為“棘層”，一起工作。棘層的微觀(guān)“地貌”充滿(mǎn)“山丘”和“山谷”，顯得崎嶇不平。

      這種崎嶇不平非常重要。當我們的手指觸摸物體時(shí)，外層的皮膚會(huì )靠近棘層。較輕的觸摸會(huì )被靠近“山頂”的傳感器感受到。而更大的壓力會(huì )迫使外層皮膚陷入棘層的“山谷”中，觸發(fā)更加強烈的觸覺(jué)感知。

       可是，測量壓力的強度只是棘層功能的一部分。這一崎嶇不平的子層也有助于揭示壓力或剪切力的方向。例如，手指向北壓，會(huì )在這些微型“山丘”的南坡上制造出強烈的信號。這種感知剪切力的能力，成為了幫助我們在拇指與食指之間溫柔而又牢固地握住雞蛋的關(guān)鍵。

博士后訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者ClementineBoutry和碩士生MarcNegre領(lǐng)導了這種電子傳感器的開(kāi)發(fā)，它正好模仿了人體的這一機制。機器人手套指尖上的每個(gè)傳感器，都是由三個(gè)在一起協(xié)力工作的柔性層組成。頂層與底層都是電活性的。研究人員在兩個(gè)表面的每一面上都放置了電線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，就像田里的一行一行的莊稼，并且使這些行相互垂直，創(chuàng )造出密集的小型感知像素陣列。他們也讓底層像棘層一樣崎嶇不平。

中間的橡膠絕緣子將頂層與底層的電極簡(jiǎn)單地分開(kāi)。然而，這種分隔很關(guān)鍵，因為相互靠近而又不相互觸摸的電極能存儲電能。機器人手指壓下時(shí)，頂層的電極被壓得靠近地底層，存儲的能量相應增加。底層的“山丘”和“山谷”提供了一種將壓力的強度與方向映射到垂直網(wǎng)格中的特殊點(diǎn)的方法，這種方法很像人類(lèi)皮膚。

為了測試他們的技術(shù)，研究人員們在一個(gè)橡膠手套的手指上放置了三層傳感器，并將手套戴到機器人手上。最終的目標是將傳感器直接嵌入到機器人手上類(lèi)似皮膚的覆蓋物中。在一個(gè)實(shí)驗中，他們對戴著(zhù)手套的機器人手進(jìn)行編程，使之溫柔地觸摸一個(gè)漿果，且不會(huì )損壞它。他們也對機器人手進(jìn)行編程，使之拿起并移動(dòng)一個(gè)乒乓球，而不會(huì )壓壞它。他們是通過(guò)采用傳感器檢測適當的剪切力來(lái)抓握住球而不會(huì )扔掉它。

價(jià)值

 Bao表示：“這項技術(shù)使我們踏上一條道路，未來(lái)將賦予機器人一種感知功能，而這種感知功能是人類(lèi)皮膚才有的。”

 Bao表示，通過(guò)適當的編程，穿戴現有的觸摸傳感手套的機器人手能執行重復的任務(wù)，例如從傳送帶上撿起雞蛋并放到紙盒中。這項技術(shù)也可以應用于離不開(kāi)精準觸控的機器人輔助外科手術(shù)。但是，Bao的最終目標是開(kāi)發(fā)手套的高級版本，能自動(dòng)施加適量的力，安全地握住物體，而無(wú)需事先編程。

她說(shuō)：“我們能編程一個(gè)機器手觸摸樹(shù)梅而不會(huì )擠壞它。但是，要觸摸并檢測出它是樹(shù)莓，并使機器人能撿起它，我們還有很長(cháng)的路要走。”