未來機器人觸覺好過人類 響應速度快1000倍

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使用非同步編碼電子皮膚（以下簡稱「ACES」）——一種由新加坡國立大學科研團隊開發的人工神經系統——機器人和假肢，可能很快就會具有與人類皮膚相當，甚至更好的觸感 。

新開發的電子皮膚系統達到了超高的響應性和更不容易出現損壞，可以與任何類型的感測器皮膚層匹配，被用作電子皮膚。

由新加坡國立大學工程學院材料科學與工程系助理教授本傑明·蒂（Benjamin Tee）及其團隊完成的這一創新，2019年7月18日發表在著名科學期刊《科學·機器人》上。

速度比人類感覺神經系統更快

本傑明·蒂表示，「人類利用觸覺來完成幾乎每一項日常任務，例如拿起一杯咖啡或握手。沒有觸覺，我們甚至會在走路時失去平衡感。同樣，機器人需要有一種觸覺，以更好地與人類互動，但目前的機器人仍然無法很好地感知物體。」他已經從事電子皮膚技術的研究十多年，希望為機器人和假肢提供更好的觸覺。

新加坡國立大學這一科研團隊從人類感覺神經系統中獲得靈感，花了一年半時間開發出一種可能表現更好的感測器系統。雖然ACES電子神經系統像人體感測器神經系統那樣檢測信號，但它由通過單個電導體（不同於人體皮膚中的神經束）連接的感測器網路組成。它還不同於現有的電子皮膚——具有相互連接的布線系統，可以使它們感覺到損壞。

本傑明·蒂詳細闡述了從人類感覺神經系統中獲得的靈感，「人類的感覺神經系統是非常高效的，它一直發揮作用，以至於我們經常把它視為理所當然。它還非常不容易遭到損害。例如，當身體出現傷口後，我們的觸覺不會受到影響。如果我們能夠模仿我們的生物系統的工作方式，並對它進一步改造，我們就可以在機器人技術領域取得巨大進步。電子皮膚主要用於機器人」。

ACES檢測到觸摸的速度比人類感覺神經系統快1000倍。例如，它能夠在不到60納秒的時間內區分不同感測器之間的物理接觸 ——這是電子皮膚技術的最快速度——即使有大量感測器也是如此。採用ACES技術的電子皮膚還可以在10毫秒（比眨眼快10倍）內準確識別物體的形狀、紋理和硬度。這是通過ACES系統的高保真度和捕獲速度實現的。

ACES平台還可以通過設計，實現針對物理損壞的高健壯性——電子皮膚的一個重要特性，因為它們經常與環境接觸。與現有電子皮膚中用來互連感測器的當前系統不同的是，ACES中的所有感測器可以連接到公共導電體，每個感測器獨立運行。只要感測器和導電體之間有一個連接，採用ACES技術的電子皮膚就可以繼續發揮作用，從而更不容易造成損壞。

用於機器人和假肢的智能電子皮膚

即使感測器數量不斷增加，ACES的簡單布線系統和卓越的響應能力，也將促進智能電子皮膚大規模應用於機器人、假肢和其他人機界面中的人工智慧應用。

本傑明·蒂解釋說，「可伸縮性是一個重要的考慮因素，因為機器人和假肢相對較大的表面積要求大塊的高性能電子皮膚。ACES可輕鬆與任何類型的感測器皮膚層搭檔，例如，用於感應溫度和濕度的皮膚層，開發能夠用於多種用途、具有卓越觸覺的高性能ACES電子皮膚。」

例如，將ACES與同樣由本傑明·蒂團隊開發的透明、能自我修復和防水的感測器皮膚層搭配，可以開發一種像人的皮膚那樣具有自我修復功能的電子皮膚。這種類型的電子皮膚可以用來開發更逼真的假肢，幫助殘疾人士恢復觸覺。

其他潛在的應用包括開發更智能的機器人，它們可以執行災難救援任務或完成一些平凡的任務，例如在倉庫中包裝貨物。因此，在下一階段的研究中，新加坡國立大學的這一團隊將考慮進一步將ACES平台應用於先進的機器人和假肢。

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