电子手套为机器人带来触感

斯坦福大学的工程师开发出一种含有传感器的电子手套，有朝一日它可以为机器人提供人类认为理所当然的灵巧性。

在11月21日发表在Science Robotics上的一篇论文中，化学工程师Zhenan Bao和她的团队证明了这些传感器工作得很好，可以让机器人的手触摸一个精致的浆果，并在不挤压它的情况下处理一个乒乓球。

“这项技术让我们走上了有朝一日让机器人在人体皮肤中发现感知能力的道路，”鲍说。

鲍说，手套指尖的传感器同时测量压力的强度和方向，这是实现手动灵活性所必需的两个品质。研究人员仍然必须完善自动控制这些传感器的技术，但是当他们这样做时，戴着手套的机器人可以灵巧地将拇指和食指夹在一起，而不会砸碎它或让它滑动。

电子模仿生活

电子手套模仿人体皮肤层的共同作用，使我们的手具有非凡的灵敏度。

我们的外层皮肤充满了传感器，可以检测压力，热量和其他刺激。我们的手指和手掌特别富有触摸传感器。这些传感器与称为棘突的皮肤子层一起工作，这是一个丘陵和山谷的颠簸的微观地形。

这种颠簸是至关重要的。当我们的手指接触物体时，外层皮肤会更接近棘突。甲光触摸主要感觉到接近山顶传感器。更强烈的压力迫使外皮下降到棘突的谷中，引发更强烈的触感。

但是测量压力强度只是刺槐所能达到的一部分。这个凹凸不平的子层还有助于揭示压力或剪切力的方向。例如，一根手指向北推，在那些微观山丘的南坡上产生强烈的信号。这种感应剪切力的能力是帮助我们轻柔但坚定地将鸡蛋放在拇指和食指之间的一部分。

博士后学者Clementine Boutry和硕士生Marc Negre领导了模仿这种人体机制的电子传感器的开发。机器人手套指尖上的每个传感器由三个柔性层组成，它们协同工作。顶层和底层是电活性的。研究人员在两个相对的表面中的每一个上铺设了电线网格，就像场中的行一样，并且将这些行彼此垂直地转动以创建密集的小感测像素阵列。他们还使底层像棘面一样颠簸。

中间的橡胶绝缘体简单地保持顶层和底层电极分开。但这种分离是至关重要的，因为接近而没有接触的电极可以存储电能。当机器人手指向下压，将上电极挤压到更靠近底部时，储存的能量增加。底层的山丘和山谷提供了一种将压力的强度和方向映射到垂直网格上的特定点的方法，就像人类的皮肤一样。

为了测试他们的技术，研究人员将他们的三层传感器放在橡胶手套的手指上，然后将手套放在机器人手上。最终目标是将传感器直接嵌入到机器人手的皮肤状覆盖物中。在一项实验中，他们编写了戴手套的机器人手轻轻触摸浆果而不损坏它。他们还通过使用传感器检测适当的剪切力来抓住球而不掉落球，然后编制戴手套的手来提升和移动乒乓球而不会压碎它。

鲍说，通过适当的编程，佩戴当前触摸感应手套的机器人手可以执行重复性任务，例如将鸡蛋从传送带上提起并将其放入纸箱中。该技术还可用于机器人辅助手术，其中精确的触摸控制是必不可少的。但宝的最终目标是开发一种高级版手套，无需预先编程即可自动施加适当的力量以安全地处理物体。

“我们可以设计一个机器人手触摸覆盆子而不会破坏它，但我们距离能够触摸并检测到它是覆盆子并让机器人捡起它还有很长的路要走，”她说。