不要輕易碰我，不然我就知道你有多軟了

軟栗子 發自 凹非寺

量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

一直以來，總有人在幫機器人加觸覺。

那樣，機器人感受到的世界，就不只是各種形狀的組合，也有豐富的質感了。

斯坦福大學的研究人員，也用自己的方式，努力給機器人更加精緻的觸覺。

他們走的路，是模仿人類觸覺原理的仿生皮膚。這條路已經走了很久。

最近的研究成果，是一雙布滿感測器的新手套：無論靈敏度還是實時性，都以前更加像人類皮膚了。

於是，這項研究登上了最新一期的Science Robotics。

那麼，人類皮膚的觸感是怎樣形成的？又要怎樣用電子元件來模擬？很快你就知道了。

荊棘叢生的人皮

人類的手指和手掌上，原本就有很多感測器。

這些感測器是和名叫「棘毛」 (Spinosum) 的子層密切配合，這一層里，有微觀的千山萬壑。

崎嶇的地形，對觸覺的形成非常重要。

因為手指接觸物體的時候，外層皮膚會向棘毛這一層移動。

如果是輕度接觸，外層皮膚會接觸到那些「小山」，山上的感測器就會感受到。

如果是重度接觸，外層皮膚被迫走向更深一層，凹陷的溝壑里感測器會接收到信號。

人類皮膚對壓力輕重的感覺，就是這樣形成的。

不過，測量壓力的大小，也不是棘毛功能的全部。

壓力的方向也很重要

棘毛還可以測量壓力的方向，就是切向和法向分別有多少力施加在皮膚上。

如果一根手指向北推某個東西，「小山」的南坡就會感受到強烈的信號。

這是一種叫做剪應力 (Shear Force) 的力量，可以幫助人類握起一個雞蛋：

讓雞蛋不會被握碎，也不會掉在地上摔碎。

三層感測器模擬人皮

所以，怎麼用電子元件來模擬這種原理？

手套上，每個手指的感測器都是三層的。其中，上層和底層是帶電的。

研究人員在 (上層與底層) 兩個相對的面上，鋪設了電線網格 (Grid of Electrical Lines) ，就像電場線那樣。然後讓這些「電場線」互相垂直，形成一個密集的感應像素陣列。

底層，就像人類皮膚的棘毛層那樣溝壑縱橫。

中間是絕緣的橡膠層，讓上層和底層的電極保持分離的狀態。

這一層很重要，因為兩層電極距離很近，又不互相接觸，這樣的結構可以儲存電能。

當手指向下按的時候，上層電極和下層就會更靠近，存儲的電能就會增加。

而底層的山坡和深谷，可以給電線網格上的每一點，找到它對應的壓力大小和方向。

這樣一來，電子皮膚的觸感就形成了。

輕輕碰一碰樹莓，也不會傷害到幼小的果實。

當然，抓起乒乓球來各處移動一下也不是問題 (開頭的圖，再出現一次) 。

實驗室的小姐姐

常年致力於研製電子皮膚的斯坦福實驗室，老闆是鮑哲南教授。

小姐姐笑容有些羞怯，但她是美國國家工程院院士，也在2017年獲得過聯合國教科文組織授予的世界傑出女科學家稱號。

論文傳送門：

http://robotics.sciencemag.org/content/robotics/3/24/eaau6914.full.pdf

—完—

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