科學(xué)家成功研制出了用于機器人的人工皮膚

（文章來源：寰宇科學(xué)）

能像人類一樣動作敏捷，而且具有靈敏感官的機器人，一直活躍在各種科幻作品中。我們也一直夢想著有一天能把科幻照進現(xiàn)實，制造出能代替我們?nèi)祟惞ぷ?，解放我們的雙手和思想的機器人。然而，夢想很豐滿，現(xiàn)實很骨感，由于機器人自身機械機構(gòu)的限制，用來完成它們的動作的液壓和氣動系統(tǒng)反應(yīng)是在是太慢了，現(xiàn)實中的機器人給我們的印象總是像僵尸一樣動作僵硬。

但是，來自世界各地的研發(fā)人員，并沒有停下研發(fā)的步伐，他們一直想通過技術(shù)革新來讓機器人能完成跟人類一般連貫的動作。早在2016年，來自美國哈佛大學(xué)的工程師，就利用納米碳管研發(fā)出了一種“人工肌肉”。經(jīng)過各國科學(xué)家的不斷改良，這種人工肌肉讓機器人的軀體變得跟人類一樣柔軟，而且可以驅(qū)動機器人漂亮地完成許多動作。

然而，人工肌肉還不能讓機器人跟接近人類，因為它們還沒有像人類一樣靈敏的觸覺。如果你想讓機器人和人類親密接觸，觸覺就顯得尤為重要。比如，你想跟機器人擁抱，如果它沒有觸覺，它就沒法感知自己的身體，你抱著它，它不知道用多大的力來擁抱你。有可能它的雙臂會把你夾扁。

機器人需要觸覺，需要像人類一樣的皮膚，敏感的皮膚能使機器人感知自己的身體和周圍環(huán)境。受到人類皮膚的啟發(fā)，來自德國慕尼黑技術(shù)大學(xué)的一個研究小組開發(fā)了一種將人類皮膚結(jié)構(gòu)與控制算法相結(jié)合的系統(tǒng)，并用它來創(chuàng)造了第一個具有全身人工皮膚的自主類人機器人。

由高登·鄭（gordon cheng）講授和他的研發(fā)團隊開發(fā)的人造皮膚由許多個六角形“細胞”組成，每個“細胞”的大小跟一枚硬幣相當(dāng)。（有點太大了。）每個“細胞”都配備了微處理器和傳感器，以檢測接觸、加速度、接近度和溫度。這種人造皮膚使機器人能夠更細致、更敏感地感知周圍環(huán)境。這不僅有助于他們能安全移動。這也使他們在人人類附近活動時對人類更安全，使他們能夠預(yù)測和積極避免事故。

這些“細胞”本身是大約10年前由東京大學(xué)認知系統(tǒng)教授高登·鄭（gordon cheng）開發(fā)的。但是，這項發(fā)明只有在被集成到一個復(fù)雜的系統(tǒng)中時才顯示出它的全部潛力。

開發(fā)機器人皮膚的最大障礙是計算能力。人類皮膚有大約500萬個受體，每個受體都能通過神經(jīng)與人類的大腦進行信號交流。但是機器人身上的計算機目前來說，根本不可能靈活地處理500萬個受體的信號，對人造皮膚傳感器數(shù)據(jù)進行連續(xù)處理的努力很快就達到了極限。以前的系統(tǒng)很快就被幾百個傳感器的數(shù)據(jù)過載了。

為了克服這個問題，高登·鄭教授和他的團隊使用神經(jīng)工程的方法，不連續(xù)監(jiān)測皮膚細胞，而是使用基于事件的系統(tǒng)。這將減少高達90%的處理工作量。只有當(dāng)數(shù)值改變時，單個細胞才從傳感器傳輸信息。這類似于人類神經(jīng)系統(tǒng)的工作方式。例如，當(dāng)我們第一次戴上帽子時，我們會感覺到它，但我們很快就習(xí)慣了這種感覺而不去注意它。這樣的機制使我們的神經(jīng)系統(tǒng)能夠集中于需要身體反應(yīng)的新印象。

通過基于事件的方法，鄭教授和他的團隊現(xiàn)在已經(jīng)成功地將人工皮膚應(yīng)用到一個不依賴任何外部計算的人類大小的自主機器人上。這個最新研發(fā)的機器人型號叫H-1。H-1機器人的上身、手臂、腿部甚至腳底都裝有1260個“細胞”（超過13000個傳感器）。這給它一種新的“身體感覺”。例如，H-1有著靈敏的腳，它能夠?qū)Σ黄秸牡孛孀龀龇磻?yīng)，能做出單腳平衡的動作。

憑借其特殊的皮膚，H-1可以給人一個安全的擁抱。擁抱時，人的身體和機器人的身體在許多不同的地方接觸。機器人必須利用這些復(fù)雜的信息來計算正確的運動，并施加正確的接觸壓力，而不至于出力太重，把人夾扁。這樣的功能可能在工業(yè)機器人或“戰(zhàn)斗機器人”中沒那么重要，但是在護理領(lǐng)域，這個功能非常重要。

1260個“細胞”相對于人類皮膚的500萬個受體來說，實在是太少了。但這已經(jīng)非常了不起了，因為高登·鄭教授和他的團隊已經(jīng)開創(chuàng)了機器人人工皮膚的先河，在未來，他們還會研發(fā)出體積更小，計算能力更強的“細胞”，制造出像人類皮膚一樣薄一樣柔軟的人工皮膚。