盤點(diǎn)人形機(jī)器人中的傳感器

文章來源：機(jī)器人網(wǎng)

原文作者：我的果果超可愛

機(jī)器人可以說是目前最炙手可熱的話題，人形機(jī)器人和通用人工智能可以說是未來科技行業(yè)的制高點(diǎn)，工業(yè)和信息化部將人形機(jī)器人定位為“集成人工智能、高端制造、新材料等先進(jìn)技術(shù)，有望成為繼計算機(jī)、智能手機(jī)、新能源汽車后的顛覆性產(chǎn)品，將深刻變革人類生產(chǎn)生活方式，重塑全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局”。

顛覆性的產(chǎn)品向來都是會帶來新的技術(shù)革命，人形機(jī)器人伴隨著本體技術(shù)的不斷發(fā)展，以及通用性人工智能和傳感器技術(shù)的迭代，目前已經(jīng)從幕后的小范圍實(shí)驗(yàn)室走到了商業(yè)化普及的前臺。終端產(chǎn)品的應(yīng)用和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展向來都是相輔相成的，像是最新的AI視覺、類皮膚傳感器和應(yīng)變傳感器都是新興傳感器的變種發(fā)展。

“眼睛”：事件視覺傳感器

傳統(tǒng)圖像傳感器根據(jù)自身設(shè)定幀率來捕捉光線并且記錄感光數(shù)據(jù)，而想要做一個擁有視覺感知機(jī)能的機(jī)器人，就需要對你想看的對象做出識別。舉個最簡單的例子，我們在玩射擊槍戰(zhàn)類游戲時，尤其是在和對方激烈交火時，注意力往往都會被畫面中動態(tài)的東西所吸引，大腦自動的把背景忽視了一樣，視野里物體動作的感知然后再大腦進(jìn)行判斷并控制手部的動作，進(jìn)而達(dá)成游戲的勝利任務(wù)，背后其實(shí)就隱含著一套邏輯算法流程。

(圖片來源：基于事件的視覺傳感器(EVS)技術(shù))

而這種基于事件的視覺傳感器(以下簡稱EVS)模擬了人類視神經(jīng)。完全不同于傳統(tǒng)的基于幀的圖像傳感器，EVS只會將有亮度變化的部分捕捉為軌跡，因此沒有幀的概念，也就是不會將感知到的靜態(tài)對象識別為圖像，其特點(diǎn)是即使高速移動的物體也能實(shí)時監(jiān)測。

“手掌”：觸覺傳感器

觸覺是人類社會最不起眼但也是最常用的感覺，像是我們每天都離不開的手機(jī)，觸摸屏幕、指紋打卡等都是一種按壓式的觸覺。要想打造完美的人形機(jī)器人讓其擁有觸覺想必是必不可少的，研究人員提出了一種新型的柔軟且可拉伸的電容式傳感器。

(圖源：《Touch, press and stroke: a soft capacitive sensor skin》)

這種傳感器通過電容量和電極之間的差異來獲取法向力和剪切力，其結(jié)構(gòu)是在一個柔軟平坦平面的上方構(gòu)造四個垂直電極，與下面的電極重疊，當(dāng)受到外力時傳感器能夠感知并且區(qū)分傳感器的壓力和剪切力。如下圖也揭示了不同按壓力度和不同角度時傳感器的感情情況，當(dāng)一個不平坦的表面接觸并按壓傳感器時，也就意味著四個電極受到的各個方向的力也不相同，就好像人手在觸摸到粗糙的乒乓球拍時會感受到凹凸的顆粒感。這種新型的傳感器成本低廉，能夠大面積的制造擴(kuò)展成傳感器陣列，形成類似的皮膚傳感器。

(圖源：《Touch, press and stroke: a soft capacitive sensor skin》)

“皮膚”：折紙傳感器

說起皮膚那向來都是光滑有觸感的，那么人形機(jī)器人也不例外，研究人員以紙為基底，通過浸漬聚(3,4-乙撐二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸鹽(PEDOT/PSS)溶液實(shí)現(xiàn)了大面積低成本的柔性可折疊傳感器，該傳感器擁有普通紙張的多微孔結(jié)構(gòu)，可以在壓力的刺激下通過層間接觸面積的變化調(diào)節(jié)器件導(dǎo)電電流，從而實(shí)現(xiàn)外界應(yīng)力刺激的捕捉與反饋。

(圖源：ACS Appl. Mater. Interfaces)

值得注意的是，該類型傳感器有著極強(qiáng)的柔韌性，可以通過多次折疊變身成為高性能傳感器件，經(jīng)過三次折疊后，開關(guān)導(dǎo)通、關(guān)閉所需的電流呈現(xiàn)出不同的幅值。這種優(yōu)異的力-電性能剛好類似人類的皮膚，我們都知道不同位置的皮膚對于刺激的感觸不一樣，這是由于神經(jīng)分布的不同，那要是我們想打造一個人形機(jī)器人，自然全身上下的皮膚通過不同的層疊實(shí)現(xiàn)了類似于神經(jīng)分布的方式，那么其內(nèi)部的線路控制幾乎減少了一半之多。

(圖源：ACS Appl. Mater. Interfaces)

同時，用一個金屬器件壓在大面積的折紙傳感器上方，就像一個人把重物放在胸前或者肚皮上，可以感受到的物品的形狀和壓力。

(圖源：ACS Appl. Mater. Interfaces)

隨著技術(shù)的不斷革新演變，越來越多的傳感器正在從實(shí)驗(yàn)室向著商業(yè)化走來，人形機(jī)器人以前可以說是存在于科幻小說和電影里的，但是現(xiàn)在在成本低性能好的傳感器加持下，實(shí)現(xiàn)的腳步越來越快。

審核編輯：湯梓紅