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人造皮肤给机器人带来触觉和其他感觉
2022年06月05日    阅读量:58     新闻来源:中国机器人网 vrovro.com    |  投稿

在日常生活中,我们往往认为触觉是理所当然的,但它对我们与周围环境互动的能力至关重要。想象一下,伸手去冰箱拿一个鸡蛋当早餐。当你的手指触摸蛋壳时,你可以知道鸡蛋是冷的,蛋壳是光滑的,你需要握得多牢才能避免挤压。这些都是机器人,即使是那些直接由人类控制的机器人,也可以与之斗争的能力。

加州理工学院开发的一种新型人造皮肤现在可以让机器人通过简单的触摸来感知温度、压力甚至有毒化学物质。

这项新的皮肤技术是一个机器人平台的一部分,该平台将人造皮肤与机械臂和附着在人类皮肤上的传感器集成在一起。一个将两者结合在一起的机器学习系统允许人类用户在通过自己的皮肤接收反馈的同时,用自己的动作控制机器人。被称为M-Bot的多模式机器人传感平台是在加州理工学院医学工程助理教授、Heritage医学研究所研究员魏高以及Ronald和JoAnne Willens学者的实验室开发的。它旨在让人类对机器人进行更精确的控制,同时保护人类免受潜在危险。

高说:“现代机器人在安全、农业和制造业中发挥着越来越重要的作用。”。“我们能给这些机器人一种触觉和温度感吗?我们还能让它们感觉到爆炸物和神经毒剂等化学物质,或感染性细菌和病毒等生物危害吗?我们正在研究这个问题。”

皮肤

将人类的手和机器人的手并排进行比较,可以发现明显的差异。虽然人类的手指柔软、柔软、多肉,但机器人的手指往往是坚硬、金属、塑料或橡胶状的。高的实验室开发的可打印皮肤是一种凝胶状水凝胶,使机器人的指尖更像我们自己的指尖。

水凝胶中嵌入了传感器,使人造皮肤能够检测周围的世界。这些传感器实际上是以喷墨打印机将文本应用于纸张的相同方式打印到皮肤上的。

“喷墨打印有一种喷射液滴的墨盒,这些液滴是一种墨水溶液,但它们可能是我们开发的溶液,而不是普通墨水,”高说。“我们为自己开发了多种纳米材料油墨。”

在打印出银纳米颗粒线支架后,研究人员可以打印出微米级传感器层,这些传感器可以被设计用于检测各种事物。传感器印刷的事实使实验室能够更快、更容易地设计和试验新型传感器。

“当我们想要检测一种给定的化合物时,我们要确保传感器对该化合物有很高的电化学响应,”高说。铂浸渍石墨烯

非常快速和有选择性地检测TNT爆炸物。对于一种病毒,我们正在打印具有非常高表面积的碳纳米管,并在其上附着病毒抗体。这一切都是可大规模生产和可扩展的。"

交互式系统

Gao的团队已经将这种皮肤与一个交互式系统进行了耦合,该系统允许人类用户通过自己的肌肉运动来控制机器人,同时还可以从机器人的皮肤接收到用户自己皮肤的反馈。

系统的这一部分使用了额外的打印部件鈥攊在这种情况下,电极固定在操作者的前臂上。这些电极与用来测量脑电波的电极相似,但它们的位置是用来感知操作者在移动手和手腕时肌肉产生的电信号。人类手腕的一个简单的轻拍告诉机器人手臂向上或向下移动,而人类手指的紧握或张开则会促使机器人手做出类似的动作。

“我们使用机器学习将这些信号转换为机器人控制的手势,”高说。“我们对模型进行了六种不同姿势的训练。”

该系统还以非常温和的电刺激的形式向人类皮肤提供反馈。再举一个捡鸡蛋的例子,如果操作员用机械手把鸡蛋抓得太紧,有压碎鸡蛋壳的危险,系统会通过Gao所说的操作员皮肤“有点刺痛”来提醒操作员。

高希望该系统能在从农业到安全到环境保护的各个领域得到应用,让机器人操作员“感觉”一片庄稼上喷洒了多少杀虫剂,无论是留在机场的可疑背包上有爆炸物的痕迹,还是河流中污染源的位置。不过,首先,他想做一些改进。

“我认为我们已经证明了这一概念,”他说。“但我们希望改善这种机器人皮肤的稳定性,使其寿命更长。通过优化新墨水和新材料,我们希望这种皮肤可以用于不同类型的目标检测。我们希望将其安装在更强大的机器人上,使其更聪明、更智能。”

6月1日出版的《科学机器人学》(Science Robotics)杂志上刊登了一篇描述这项研究的论文,题为“机器人物理化学传感的全印刷软人机界面”。

标签:机器人应用医用机器人
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