人造皮肤让机器人更接近“触摸”人类的生命

从最初的高速自动化开始，机器人已经走过了一段漫长的道路。今天,机器人可在医学、康复、农业和航海中找到各种各样的角色。由于许多这些角色都需要与人类接触，因此机器人应该能够熟练地以安全和智能的方式与人类互动。

实现这一目标的一种方法是赋予机器人感知触觉的能力。因此，已经作出了发展的尝试人工“皮肤”能够诱导触觉，让机器人更了解周围的环境，就像人类一样。然而，尽管触觉传感器技术取得了巨大的进步，但这一努力仍然充满挑战。“主要的挑战在于模拟自然皮肤结构的内在复杂性，这种结构有特别高密度的机械感受器，具有特殊的功能，如感知压力、振动、温度和疼痛，”来自日本高级科学技术研究所的副教授Van Anh Ho说，他领导着一个研究软触觉技术的实验室。他补充道:“到目前为止，所有的方法都只是专注于开发一种带有不同传感器矩阵的类似皮肤的结构，而没有考虑大量的导线、电子元件以及频繁接触造成的损坏风险。”

何教授和他的同事，JAIST的博士生Lac Van Duong，开发了一种高性能的，基于视觉的人工传感系统，成本低，结构相对简单，可扩展。这个名为TacLINK的系统可以处理触觉信息，甚至可以在与环境交互时确定接触力和接触几何形状。

研究人员基于TacLINK的结构，本质上是一个透明的丙烯酸管(作为一个刚性的骨骼框架)，覆盖着连续的软人造皮肤，感知面积约为500平方厘米。他们使用硅橡胶来制造人造皮肤，因为它的高弹性和光滑。此外，材料可以膨胀来改变其形状和刚度。研究人员在皮肤表面打印了一组标记来跟踪它的变形，而不是在皮肤内部嵌入传感器或电子元件。这大大减少了它的体积，成本和可能的伤害的机会。

该视觉系统由两个同轴摄像机组成，组成一个立体摄像机，跟踪皮肤内壁上标记物的3D位移。此外，研究人员采用有限元模型(FEM)来估计蒙皮的结构刚度。通过结合这两个来源的数据，他们能够同时重建接触几何和接触力分布。此外，与以往的研究不同，该方法适用于多个接触点。

有了这些积极的成果，何教授对未来一代触控机器人设备的创造充满希望。“在我们的研究中使用的人造皮肤可以很容易地通过铸造方法制造出来，因此，可以应用于机器人的其他部位，如手指、腿、胸部和头部，甚至智能机器人。假肢何教授兴奋地评论道。此外，它还可以用于设计医疗、保健和工业领域的各种感官设备。事实上，它特别适合后冠状病毒时代的机器人系统开发，以实现与机器人化身的远程服务。”

这项研究发表在IEEE机器人技术汇刊．