電子手套為機器人帶來觸感

斯坦福大學(xué)的工程師開發(fā)出一種含有傳感器的電子手套，有朝一日它可以為機器人提供人類認(rèn)為理所當(dāng)然的靈巧性。

在11月21日發(fā)表在Science Robotics上的一篇論文中，化學(xué)工程師Zhenan Bao和她的團(tuán)隊證明了這些傳感器工作得很好，可以讓機器人的手觸摸一個精致的漿果，并在不擠壓它的情況下處理一個乒乓球。

“這項技術(shù)讓我們走上了有朝一日讓機器人在人體皮膚中發(fā)現(xiàn)感知能力的道路，”鮑說。

鮑說，手套指尖的傳感器同時測量壓力的強度和方向，這是實現(xiàn)手動靈活性所必需的兩個品質(zhì)。研究人員仍然必須完善自動控制這些傳感器的技術(shù)，但是當(dāng)他們這樣做時，戴著手套的機器人可以靈巧地將拇指和食指夾在一起，而不會砸碎它或讓它滑動。

電子模仿生活

電子手套模仿人體皮膚層的共同作用，使我們的手具有非凡的靈敏度。

我們的外層皮膚充滿了傳感器，可以檢測壓力，熱量和其他刺激。我們的手指和手掌特別富有觸摸傳感器。這些傳感器與稱為棘突的皮膚子層一起工作，這是一個丘陵和山谷的顛簸的微觀地形。

這種顛簸是至關(guān)重要的。當(dāng)我們的手指接觸物體時，外層皮膚會更接近棘突。甲光觸摸主要感覺到接近山頂傳感器。更強烈的壓力迫使外皮下降到棘突的谷中，引發(fā)更強烈的觸感。

但是測量壓力強度只是刺槐所能達(dá)到的一部分。這個凹凸不平的子層還有助于揭示壓力或剪切力的方向。例如，一根手指向北推，在那些微觀山丘的南坡上產(chǎn)生強烈的信號。這種感應(yīng)剪切力的能力是幫助我們輕柔但堅定地將雞蛋放在拇指和食指之間的一部分。

博士后學(xué)者Clementine Boutry和碩士生Marc Negre領(lǐng)導(dǎo)了模仿這種人體機制的電子傳感器的開發(fā)。機器人手套指尖上的每個傳感器由三個柔性層組成，它們協(xié)同工作。頂層和底層是電活性的。研究人員在兩個相對的表面中的每一個上鋪設(shè)了電線網(wǎng)格，就像場中的行一樣，并且將這些行彼此垂直地轉(zhuǎn)動以創(chuàng)建密集的小感測像素陣列。他們還使底層像棘面一樣顛簸。

中間的橡膠絕緣體簡單地保持頂層和底層電極分開。但這種分離是至關(guān)重要的，因為接近而沒有接觸的電極可以存儲電能。當(dāng)機器人手指向下壓，將上電極擠壓到更靠近底部時，儲存的能量增加。底層的山丘和山谷提供了一種將壓力的強度和方向映射到垂直網(wǎng)格上的特定點的方法，就像人類的皮膚一樣。

為了測試他們的技術(shù)，研究人員將他們的三層傳感器放在橡膠手套的手指上，然后將手套放在機器人手上。最終目標(biāo)是將傳感器直接嵌入到機器人手的皮膚狀覆蓋物中。在一項實驗中，他們編寫了戴手套的機器人手輕輕觸摸漿果而不損壞它。他們還通過使用傳感器檢測適當(dāng)?shù)募羟辛碜プ∏蚨坏袈淝?，然后編制戴手套的手來提升和移動乒乓球而不會壓碎它?/p>

鮑說，通過適當(dāng)?shù)木幊?，佩戴?dāng)前觸摸感應(yīng)手套的機器人手可以執(zhí)行重復(fù)性任務(wù)，例如將雞蛋從傳送帶上提起并將其放入紙箱中。該技術(shù)還可用于機器人輔助手術(shù)，其中精確的觸摸控制是必不可少的。但寶的最終目標(biāo)是開發(fā)一種高級版手套，無需預(yù)先編程即可自動施加適當(dāng)?shù)牧α恳园踩靥幚砦矬w。

“我們可以設(shè)計一個機器人手觸摸覆盆子而不會破壞它，但我們距離能夠觸摸并檢測到它是覆盆子并讓機器人撿起它還有很長的路要走，”她說。