智能机器人用的智能泡沫

机器人机器也变得更聪明了人工智能但它们仍然缺乏像人类一样触摸和感受微妙复杂环境的能力。现在，来自新加坡国立大学(NUS)的研究人员发明了一种智能泡沫这可以给机器更多的人的触摸。

这款新产品叫做人工神经泡沫，简称AiFoam材料——它很软，摸起来像海绵——模仿了人类触觉它可以在不接触的情况下感知附近的物体，并在受损时自我修复。与其他传统材料相比，AiFoam是世界上第一个同时执行这些功能的智能泡沫材料，这可能会使机器人更加智能和互动。这种突破性材料是由新加坡国立大学材料科学与工程系助理教授本杰明·提(Benjamin Tee)和健康创新与技术研究所(iHealthtech)领导的团队在两年多的时间里开发的。

蒂教授说:“我们想要证明，在机器人身上复制人类的触觉是可能的，这为未来的应用打开了人机互动的新范例。”

让机器人具备人类的感官

人类的触觉使人们能够在不熟悉的环境中有效地操作物体。当与人类互动的机器拥有这种能力时，机器人的运动就会更平稳、更安全、更可预测。

以清洁机器人和机器人服务员等机器为例。如果它们能从远处探测到人类的存在，并利用信息推断人类的意图，它们就能更快地做出反应，避免与人碰撞，特别是在拥挤的地区。

虽然一些先进的电子皮肤在与物体直接接触时可以感知压力，但它们无法感知相邻物体的移动方向，因为这需要更复杂的感知能力。新加坡国立大学的团队决定进行研究，以找到解决这一技术挑战的解决方案。

AiFoam帮助机器人更好地适应环境

AiFoam是一种高弹性聚合物，由类似聚四氟乙烯的物质(即氟聚合物)与表面活性剂混合而成，可以降低表面张力。其结果是一种材料，当分离成碎片时，很容易融合成一个整体。然后，研究小组在这种材料中注入微小的金属颗粒，使泡沫能够感知像人类手指一样的电容性物体的存在。

新加坡国立大学的研究小组决定开发这样一种泡沫材料，因为它比传统的薄板更敏感。泡沫的柔软度也可以通过改变空气与材料的比例来更好地控制。与其他常用的电子皮肤材料(如硅酮)相比，泡沫还可以让材料更好地感知人的存在。事实上，AiFoam能够在几厘米外探测到人类手指的存在。它独特的配方使其能够更有效地检测人的存在，而其他接近传感器通常利用光和反射，这可能会导致更高的假阳性或阴性率。

蒂教授说:“通过使用我们特殊配方的泡沫，我们可以很容易地感觉到压力和距离。”

为了模拟人类皮肤上敏感的神经末梢，研究人员在泡沫表面下嵌入了精细的圆柱形电极。它们能够探测到施加的力的方向，而不仅仅是力的大小。这将使机器人更好地理解人类的意图，或知道接触的物体即将滑动，以便它们能够更快、更适当地做出反应。

泡沫内的表面活性剂使其即使在被切割后也能自我修复，使其成为修复术等应用的理想材料。这种泡沫可以拉伸到其长度的两倍以上(即230%)而不会断裂。为了治愈伤口，研究人员在4天时间里把伤口加热到70摄氏度。这种材料愈合了大约70%，而且仍然可以拉伸到它长度的两倍(180%)。

未来的应用

新加坡国立大学的团队正在探索与机器人公司的合作伙伴关系，并寻求将AiFoam的使用扩大到机器人和假肢，实现人与机器之间更无缝的交互。“AiFoam的自愈特性，以及它对接触力的敏感性，将使机器人能够更好地判断人类的意图，并制造出未来一代能够更快、更有效地对环境变化作出反应的机器人，”Tee助理教授分享道。

这项发明发表在自然通讯．