如同人可以通過觸覺來(lái)感知外界事物一樣，觸覺也是機(jī)器人感知外部信息的重要手段。如今，設(shè)計(jì)研制更加智能的機(jī)器人是目前智能化研究的一個(gè)重要方向，而觸覺傳感器（“人工皮膚”）的研究是其中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。目前對(duì)類皮膚多維觸覺傳感器有迫切需求的仿生機(jī)器人來(lái)說(shuō)，既要求觸覺傳感器能夠敏感準(zhǔn)確地感知外部環(huán)境，又要求其足夠柔軟，使機(jī)器人可以靈活運(yùn)動(dòng)。

　　近日，合肥智能機(jī)械研究所和合肥工業(yè)大學(xué)聯(lián)合研制成功一款新型的“人工皮膚”，這是我國(guó)首次研制出的用于監(jiān)測(cè)“三維力”的機(jī)器人觸覺傳感器。這種皮膚有什么樣的優(yōu)勢(shì)？可以在哪些方面得到應(yīng)用呢？

　　新型“人工皮膚”不同凡響

　　所謂可以檢測(cè)三維力的“人工皮膚”，即，可以實(shí)時(shí)的檢測(cè)具體的受力點(diǎn)和三個(gè)方向的力，它不僅包括垂直方向的壓力，而且還包括側(cè)向的摩擦力。它綜合應(yīng)用了材料科學(xué)、納米技術(shù)、傳感技術(shù)和人工智能理論。

　　“‘人工皮膚’是一種用于智能機(jī)器人的‘皮膚’，它能為機(jī)器人提供觸覺信息，是一種類皮膚的陣列觸覺傳感器，其可以感覺到外界施加在‘皮膚’上的力信息。”中國(guó)科學(xué)院合肥智能機(jī)械研究所研究員葛運(yùn)建介紹說(shuō)，“我們研究出來(lái)的‘人工皮膚’之所以不同凡響，是因?yàn)槠淇梢赃B續(xù)檢測(cè)作用在它面上的來(lái)自多個(gè)方向的力信息。”

　　“與前代的機(jī)器人‘人造皮膚’不同，以前的機(jī)器人皮膚或只能檢測(cè)一維力，即來(lái)自一個(gè)方向的力。要達(dá)到能檢測(cè)三維力，‘人造皮膚’則是由一塊一塊單獨(dú)的傳感器單元附著在一個(gè)柔性材料上組成的，就如同古代士兵穿的盔甲，每一個(gè)傳感器單元都不是柔性的，也不能實(shí)現(xiàn)完全的連續(xù)測(cè)量。這次推出的這種新型‘人造皮膚’，沒有單獨(dú)的傳感器單元，傳感器陣列是一個(gè)整體，就像是乒乓球拍上的海綿和汽車的輪胎，整體上非常柔軟，可以扭轉(zhuǎn)和拉伸打破了‘鎧甲’式陣列傳感器的缺陷，打個(gè)比方就像是乒乓球拍上的海綿和車帶的輪胎，是一種完全新型的三維柔性陣列觸覺傳感器�！备疬\(yùn)建說(shuō)。

　　葛運(yùn)建進(jìn)一步解釋說(shuō)：“新型‘人工皮膚’的基體材料是一種新研制的可以流動(dòng)成型的導(dǎo)電膠，制作工藝就好像澆注建房子的預(yù)制板，先搭建一個(gè)鋼筋的骨架，然后再灌入水泥和沙子使其成為一個(gè)整體，‘人工皮膚’就是在上下兩層布置了網(wǎng)格一樣的導(dǎo)電節(jié)點(diǎn)，中間灌入新型導(dǎo)電膠。”

　　國(guó)內(nèi)外沒有相似的研究報(bào)道

　　據(jù)了解，目前這一領(lǐng)域研究十分活躍，國(guó)外美、英、日等發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視機(jī)器人“皮膚”的研究工作。國(guó)內(nèi)一些院校研究所如清華大學(xué)、西安電子科技大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所也先后開展了這方面的研究工作，但研究出的傳感器均沒有真正達(dá)到兼有人類皮膚的柔韌性和多維敏感性特征，且具有造價(jià)昂貴、信號(hào)處理復(fù)雜、柔性差、不適合大面積連續(xù)測(cè)量、制作工藝要求高等問題。

　　合肥智能機(jī)械研究所的這項(xiàng)成果不僅可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人既能敏感準(zhǔn)確地感知外部環(huán)境，又能靈活自如地運(yùn)動(dòng)，與人安全自然的接觸交互，在具有良好壓敏特性的仿人體皮膚、利用納米材料對(duì)仿人體皮膚進(jìn)行改性從而提高其多項(xiàng)性能、整體多層陣列式多維觸覺傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建立多維力特征信息的處理模型、引入量子力學(xué)中的同倫算法實(shí)現(xiàn)新型柔性觸覺傳感器大規(guī)模陣列結(jié)構(gòu)的解耦算法等方面，均取得了突破性研究成果�！澳壳邦愃频淖龇ê统晒�，在國(guó)內(nèi)外還沒有見過相似研究的報(bào)道�！�

　　未來(lái)的應(yīng)用前景廣闊

　　“在863重點(diǎn)項(xiàng)目‘可穿戴型助殘助老智能機(jī)器人示范平臺(tái)’中，‘人工皮膚’在其中的主要作用是起到力度檢測(cè)的作用，將‘人工皮膚’固定在老年人或者殘疾人的膝關(guān)節(jié)上，在助力機(jī)器人幫助老年人或殘疾人進(jìn)行膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)，人工皮膚可以為助力機(jī)器人提供老年人或殘疾人膝關(guān)節(jié)所承受的力和彎曲程度信息，為助力機(jī)器人提供發(fā)力幫助，使得在助力機(jī)器人幫助下的殘疾人和老年人的活動(dòng)更舒適順暢�！备疬\(yùn)建介紹說(shuō)。

　　在應(yīng)用上，“人工皮膚”還可以用來(lái)協(xié)助運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行鍛煉，在北京奧運(yùn)備戰(zhàn)期間，智能所為國(guó)家田徑管理中心提供了一條可以檢測(cè)單維力的數(shù)字跑道，運(yùn)動(dòng)員在跑道上跑步時(shí)，通過數(shù)字跑道能夠知道運(yùn)動(dòng)員跑步時(shí)對(duì)跑道的壓力和步伐間隔�！叭绻麑⑦@種‘可以檢測(cè)三維力的人工皮膚’應(yīng)用在跑道上，那么這種跑道不僅可以檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)員跑步時(shí)對(duì)跑道的正壓力，而且能夠檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)員跑步時(shí)橫向的搖晃以及后蹬力，從中發(fā)現(xiàn)影響運(yùn)動(dòng)速度的不當(dāng)發(fā)力，可以更好地幫助運(yùn)動(dòng)員改進(jìn)跑步姿態(tài)和訓(xùn)練質(zhì)量，提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)�！�

　　新型人工皮膚的問世，可以使得機(jī)器人不僅有頭有四肢，而且還有肉有皮膚。不僅可望推動(dòng)仿生機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展，而且在航空航天、先進(jìn)制造、體育訓(xùn)練、康復(fù)醫(yī)療等諸多領(lǐng)域中，也具有廣泛的應(yīng)用前景。“人工皮膚”在具體民眾生活的應(yīng)用上還有待提高。葛運(yùn)建說(shuō)：“目前我們的研究成果還只是原理性樣機(jī)。在提高其實(shí)用性、穩(wěn)定性、可靠性和通用性等方面都還有問題需要進(jìn)一步研究和解決�！�

　　轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)源：賽斯維傳感器網(wǎng)（ywhs9.com）