机器人传感器模仿皮肤特征

人类皮肤的一个主要特征是它能够感知剪切力，剪切力是指当两个物体接触时，使它们相互滑动或滑动的力。通过感知剪切力的大小、方向和细微变化，我们的皮肤可以作为反馈，让我们调整如何用手和手指稳定地握住物体，或者抓得有多紧。

为了模仿人体皮肤的这种重要特征，城市大学生物医学工程系副教授沈亚静博士(BME=)和香港大学(港大)的合作者潘佳博士(Dr. Pan Jia)开发了一种新颖、柔软的触感传感器．该传感器像人类皮肤一样是多层结构，包括一个约0.5毫米厚的柔性和特殊磁化薄膜作为最上层。当施加外力时，可以检测到薄膜变形引起的磁场变化。更重要的是，它可以将外力自动“解耦”或分解为两个分量——法向力(垂直作用于物体的力)和剪切力，从而分别提供这两个力的精确测量。

“将外力解耦是很重要的，因为每个力分量对物体都有自己的影响。而且，为了分析或控制物体的静止或运动状态，有必要知道每个力分量的精确值，”BME博士生、该论文的第一作者闫友参解释说。

深度学习增强精度

此外，这种传感器还具有另一种类似人类皮肤的特性——触觉“超分辨率”，这使得它能够尽可能精确地定位刺激的位置。“我们开发了一种高效的触觉超分辨率算法深度学习并实现了接触位置定位精度提高60倍，这是迄今为止报道的超分辨率方法中最好的。”这种高效的触觉超分辨率算法可以以最少的感知单元数量提高触觉传感器阵列的物理分辨率，从而减少导线数量和信号传输所需的时间。

“据我们所知，这是第一个同时实现自解耦和超分辨率能力的触觉传感器，”他补充说。

带有新型传感器的机械手可以完成具有挑战性的任务

通过将传感器安装在指尖的一个机器人抓手该团队向人们展示了机器人可以完成具有挑战性的任务。例如，机器人的夹持器可以稳定地抓住像鸡蛋这样的易碎物体，同时外力会试图将其拖走，或者通过远程操作将针穿出线来。“我们的传感器的超分辨率可以帮助机械手在抓取物体时调整接触位置。而机械臂可以根据触觉传感器的力解耦能力调整力的大小。”

他补充说，未来传感器可以很容易地扩展到传感器阵列的形式，甚至覆盖整个机器人的连续电子皮肤。在不改变传感器厚度的情况下，通过改变传感器顶层(磁膜)的磁化方向来调整传感器的灵敏度和测量范围。这使得电子皮肤在不同部位具有不同的灵敏度和测量范围，就像人类皮肤一样。

此外，与其他触觉传感器相比，该传感器的制造和校准过程要短得多，有利于实际应用。“这种传感器可以应用于各种各样的领域机器人事业中D，如自适应抓取、灵巧操作、纹理识别、智能假肢和人机交互。具有与皮肤相似特性的软性人工触觉传感器的进步，可以使家用机器人成为我们日常生活的一部分。”

研究结果发表在科学的机器人．