斯坦福大學電子皮膚，希望賜予機器人如人類般敏感而優質的觸覺

機器人沒有觸覺會怎樣？以上便是最生動的例子

作者|風雨扶蕖

編輯|海蛟

一直以來，機器人沒有足夠優質的觸覺，是讓很多機器人學家頭疼的問題。

拿起一樣東西需要用多大力，以怎樣的姿勢拿比較合適，這些對於人類來說再簡單不過的問題，對機器人來說顯然並不那麼輕鬆。

所以，在之前的工廠里，工程師們需要精準計算機器人要拿起來的物品的坐標和大小，以讓機器人快速高效的完成抓取的工作。

擁有結構化環境和固定『工位』的機器人

即便如此，再複雜的數學計算，也不能完全填補機器人沒有優秀觸覺的弊端。就像文章開頭的那張圖片，當碰到柔軟的樹莓時，它永遠不知道自己到達什麼位置，才算完美的接觸到這顆果實。

所以，能否解決機器人在抓取東西這方面遠不如人類能幹的問題，成為很多科學家致力於解決的科研問題。

在解決這一問題上，也出現了兩個比較主流的派系，一種是另闢蹊徑的想法：既然機器人在觸覺上還不能完美復刻人類，那麼我們可以把它做得足夠柔軟。

因而，在各大科技類網站上，都出現過與下面圖片類似的柔軟抓手，它們如同章魚的觸手一般，可以把物品包裹住，再完成之後的抓取任務。

或者模仿擁有人類智慧的摺紙藝術，這些摺紙類的軟體機器人可柔和硬，也能完好無損的將樹莓抓取上來。

另一種就是死磕到底：致力於提高機器人觸覺感知能力，研發中各種不同種類的電子皮膚。

近日，斯坦福大學在Science Robotics上就發表了一篇關於其電子皮膚的文章，這款電子皮膚，可以說是讓我們走上了有朝一日讓機器人擁有人體皮膚感知能力的道路。

其實，在人類的手指和手掌上擁有很多觸摸感測器，這些感測器可以檢測壓力，熱量和其他刺激。這些感測器和名叫「棘毛」 (Spinosum) 的子層密切配合，這一層里，有微觀的千山萬壑，這些崎嶇的地形，對人類觸覺的形成至關重要。

當人的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棘毛的「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，這樣便會引發更強烈的觸感。

除此之外，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。

斯坦福大學的電子皮膚，就是模仿人類手指觸覺器官而來的。在他們研究的裝有電子皮膚的手套上，每個手指的感測器都是三層的。

其中上層和底層帶電，中層是不帶電的橡膠層，可以讓上層和底層的電極保持分離的狀態。

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。其中底層，就像人類皮膚的棘毛層那樣溝壑縱橫。

中間的橡膠層很重要，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。

一方面我們可以根據儲存電量的大小來判斷壓力的大小，另一方面底層「山丘」狀的結構加上電網格上密布的點，我們也可以知道每一點上對應的壓力大小和方向。這樣類似人類手指的觸感就形成了。

試驗中，斯坦福大學的研究人員讓帶著裝有電子皮膚的手套的機械臂在輕輕觸碰到樹莓時便能感知到，並且能夠迅速退回不至於傷害到柔軟的果實。

也可以輕輕抓起一個圓形的乒乓球任意移動。

那講完這個神奇的電子皮膚，回到我們最初的問題。既然在解決機器人觸覺方面出現了兩個主要的研究方向：電子皮膚和軟體機器人。那麼在模仿人手的道路上，小編認為肯定是要殊途同歸的。

比如像康奈爾大學這隻發表在《Science》雜誌上的觸覺機械手「Gentle Bot」，它不僅擁有柔性的外表，還能夠感知所接觸物體的形狀和質地。

只是，和依靠電信號的電子皮膚不一樣，康奈爾大學這隻觸覺機械手，採用的卻是導光材料。類似於「大白」的充氣狀手指，內部有可彎曲的波導和可攜帶光波的導管。當手指觸摸物體時，其外部的輕微形變導致波導彎曲，進而扭曲或改變光信號，從而使機械手獲取相應的觸摸數據，以確定被觸摸物體的堅硬程度和形狀。

所以，在未來比起硬邦邦的機械手，你是不是也希望給你端茶的機器人，擁有和人類一樣柔軟的手掌呢？

END

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