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机器人行业发展至今,已经在不断突破着我们的想象。
然而,想要实现让机器人像人类一样耳聪目明又灵活的话,感官是必不可少的关键。现阶段,通过摄像头赋予机器视觉、利用传感器建立听觉外,众多科研工作者都在努力为机器人构架触觉。
近日,外媒报道称,斯坦福大学化学工程系教授鲍哲南及其团队在Science Robotics杂志上发表了一篇论文。
图:斯坦福大学化学工程系鲍哲南教授
通过这篇论文,鲍哲南教授及其团队像外界证实,他们已经发明了一种包含传感器的高科技手套,其可以显著提高机器人的灵活性,给机器人带来和人类一样的触觉。
论文显示,该传感器已经能够允许机器人手臂去碰触成熟易碎的浆果,也可以拿起乒乓球,并不会把浆果或乒乓球挤爆。
以人手为参照
众所周知,人类的表层皮肤充满了感受器,能够感受到压力、热量或其他刺激。事实上,在我们皮肤感受外界压力时,皮肤中的棘层起到了重要的作用。棘细胞表面有许多棘状突起,当外界有压力传来时,外层皮肤层在压力作用下率先接触到突起的顶端,触觉由此产生;当压力增大时,外层皮肤层会继续接触到这些突起的底部。
在这样的机制下,我们能够自然的感受到外界对皮肤的压力同时判断压力的大小。
与此同时,外界压力作用下,对棘层突起产生不同方向的刺激也能让皮肤感受到外力的方向。比如我们用两只手指夹起一个物体,我们能清楚的感受到一个向下的力。
为了做到让电子手套实现部分与人手类似的感受能力,鲍哲南教授团队在电子手套的设计上也参照了人手的工作原理。
设计原理
据了解,手套指尖上的每一个传感器由三个相互配合的柔性层构成,且研究人员在这两个层各铺设了一排电线,然后将这些线相互垂直,形成密集的小传感像素阵列,因此,这些柔性层都具有电活性。图:照片中显示的传感器非常灵敏,可以让手指握住蓝莓而不会压碎蓝莓
在底层的设计上,主要是将压力的强度和方向映射到垂直网格上的特定点,使其就像人类的皮肤一样。这一模仿人体机制的电子传感器的开发工作是由博士后学者Clementine Boutry与硕士研究生Marc Negre共同领导的。
鲍哲南教授表示,之所以位于手套指尖的传感器能够同时模拟实现人类灵活度,是因为有两个关键性质,即压力的强度和方向。
图:机器人轻轻地触摸浆果
不过,现在研究人员还在完善技术,以便其自动控制传感器。若这项技术成功得以完善,戴上这种手套的机器人就可以灵活地用拇指和食指夹起鸡蛋,并且不会将其挤碎或脱落。
此外,该技术还可以应用于机器人的辅助手术,因为手术中精确的触碰控制至关重要。
鲍哲南教授及其团队的最终目标,是开发出一种无需预先编程,即可自动施加适当力量并安全地处理物体的先进手套。
同时她表示,“有朝一日,这项技术会实现机器人拥有人类皮肤所具有的那种感知能力。”