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【中國智能制造網(wǎng) 新品速遞】2018年11月26日，斯坦福工程人員開發(fā)了一種包含傳感器的電子手套，并有望在未來給機器人手臂帶來人類認為是理想當然的靈活度。
在一份發(fā)表于《Science Robotics》的論文中，美國國家工程院院士，斯坦福大學化學工程系教授鮑哲楠及其團隊證明了傳感器能夠允許機器人手臂握持并不會擠爆嬌弱易碎的漿果和乒乓球。鮑哲南表示，位于手套指尖的傳感器能夠同時模擬實現(xiàn)人類靈活度的兩個關鍵性質(zhì)：壓力的強度和方向。
她說道：“這項技術幫助我們走向了在未來某一天給機器人帶來人類皮膚中發(fā)現(xiàn)的感知能力的道路。”
研究人員正在完善技術，以支持其自動控制傳感器。但如果能夠?qū)崿F(xiàn)，穿戴這種手套的傳感器將能靈活地用拇指和食指來握持雞蛋，并且不會擠碎或脫落。
這種電子手旨在模擬人體皮膚層為給我們帶來超凡靈活度的協(xié)同工作方式。外層皮膚充滿了“傳感器”(感覺神經(jīng))，可以檢測壓力，熱量和其他刺激。
手指和手掌的“觸碰傳感器”尤其豐富。這種“傳感器”能夠與名為棘層的皮膚子層一起工作。
位于皮膚基底層前面的棘層十分關鍵。當我們的手指觸碰一件物品時，皮膚外層將更接近于棘層。位于棘層上方的感覺神經(jīng)將能知覺到輕微的觸感。更強烈的壓力將迫使皮膚外層進一步靠近棘層，觸發(fā)更多的感覺神經(jīng)，從而引發(fā)更強烈的觸感。
但測量壓力強度只是棘層的一部分功能。這個凹凸不平的皮膚子層同時有助于說明壓力或剪切力的方向。例如，當一根手指向北推時，位于棘層“山丘”的南坡將產(chǎn)生強烈的信號。
對于我們?nèi)祟惸軌蛴媚粗负褪持篙p柔但牢固地握持一個雞蛋，這種剪切力的感知能力起了相當一部分作用。Clementine Boutry和Marc Negre領導了模仿這種人體機制的電子傳感器開發(fā)。機器人手套指尖上的每個傳感器由三個柔性層組成。頂層和底層屬于電活性，中間是橡膠絕緣層，彼此能夠協(xié)同工作。
研究人員在各個相對表面鋪設了電線網(wǎng)格，并且令它們彼此垂直轉(zhuǎn)動以產(chǎn)生密集的小型感測像素陣列。他們同時令底層如同人類皮膚棘層一樣顛簸不平。
中間的橡膠絕緣體可以簡單地保持頂層和底層電極的隔開。但這種分離至關重要，因為靠近但不接觸的電極可以存儲電能。
當機器人手指向下壓并將上層電極擠向底層時，儲存的電能增加。底層的“山丘”和“山谷”提供了一種將壓力強度和方向映射到垂直網(wǎng)格特定點位的方法，就像人體皮膚一樣。
為了測試技術，研究人員將三層傳感器嵌入至橡膠手套的指尖上，并穿戴在機器人手上。他們的終目標是將傳感器直接嵌入至機器手臂的皮膚狀覆蓋物中。
在一項實驗中，研究團隊令穿戴電子手套的機器人手輕輕觸摸漿果(不壓爆)。他們同時利用傳感器檢測適當?shù)募羟辛砦粘制古仪?不脫落)，并能夠移動和舉起乒乓球。
鮑哲楠指出，通過適當?shù)木幊蹋宕鬟@種觸感手套的機器人手可以執(zhí)行重復性任務，例如從傳送帶上拿起雞蛋并將其放入紙箱之中。
另外，這種技術可對機器人輔助手術帶來幫助，因為的觸碰控制對手術而言至關重要。但鮑哲楠的終目標是，開發(fā)一種無需預先編程即可自動施加適當力量并安全地處理物體的先進手套。
她指出：“我們可以編程一個機器人手，令其觸碰漿果而壓爆。但我們距離能夠觸摸并檢測到它是漿果，并令機器人能夠撿起它還有很長的路要走。”
(原標題：斯坦福研發(fā)新電子手套 為機器人帶來人類般靈活操作)
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