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觸覺是人類與外界交互的重要感官。機器人是否能像人類一樣通過皮膚感受世界，這是一個科學家們在不斷探索并為之奮斗的命題。
近日，中國研究團隊在這方面取得重大突破，成功研究出一種仿人指紋的傳感系統，通過模擬人類指紋的微結構特征，實現滑覺的高分辨檢測，能夠識別不同材質表面的細微差別，進而分辨如斜紋布、羊毛、燈絨芯等細膩質地。
這項成果為賦予機器人和人類義肢更精細的觸覺反饋和細膩感知能力奠定了基礎，將在機器人技術和相關產業發揮重要作用，并有望應用于虛擬現實。
工作原理：模擬指紋特征的柔性滑覺傳感器
這項機器人技術重要突破，由論文通訊作者、南方科技大學郭傳飛教授和同事等合作完成。
據研究團隊介紹，人類在撫摸物品表面時，能通過靜壓力和高頻振動來辨別物體，而之前的工觸覺傳感器方法只能基于觸覺或多重傳感器來識別物品，對于已有的系統難以實現對精細結構的識別與分辨，在開發高分辨、高靈敏度的人工傳感系統其實一直存在不小的挑戰。
這種仿人指紋的觸覺傳感技術的核心是一個柔性的滑覺傳感器，研究團隊已經將這一觸覺技術系統集成到一個仿生人工手掌上。當這只仿生手撫摸物體時，可以實時感受和分析表面的材質變化，實現“知覺觸覺”。
通過機器學習算法分析這些豐富的觸覺信號，研究團隊發現該傳感器能識別包括亞馬、尼龍、泡泡紗等20種不同材質，并且識別準確率可達100%。
相比傳統的簡單接觸或壓力傳感器，仿人指紋滑覺傳感器可以提供更為豐富和靈敏的交互信號，這種傳感器模擬了人體指紋對表面形狀和紋理的感知機制，是新一代生物啟發式傳感器的典型代表。
不僅如此，這項技術通過后續的進一步研究，將有助于提高機器人的感知能力，并有望應用到假肢領域。未來佩戴仿生義肢的患者，也許可以借助類似的微紋理觸感器，實現對物體表面和自己身體位置的感知，從而恢復基本的觸覺功能。
當前機器人觸覺技術面臨的挑戰
盡管科研團隊在機器人觸覺傳感器上取得了一定的進展，但要實現和人體皮膚相似豐富性能的“電子皮膚”，離實用化、泛用化目標還有很長的路要走。
首先是對多模態復合信息的感知能力。人體的觸覺系統可以同時感受壓力、振動、溫度、痛覺等多種類型的刺激，并將這些刺激整合在大腦，產生對外界交互的綜合知覺，這是非常復雜的生物信息處理，而現有的機器人觸覺系統多停留在對單一模態信息的檢測，整合多源信息的能力非常有限。
其次是靈敏度和響應速度。要讓機器人擁有類似人類整個手掌甚至全身皮膚的觸感覆蓋和聯動，在材料、信號采集和算法等環節還面臨許多瓶頸。
再有就是可靠性和環境適應性。現實生活中不同溫度、濕度、靜電環境都會對觸覺傳感器的性能產生較大影響，而泛用化的機器人系統需要7*24小時持續高效可靠地工作，這對觸覺系統的穩定性提出了更高要求。
除此之外，成本效益也是必須考慮的因素。目前各種新型傳感器由于制作復雜，限制了其大規模商用應用，只有在保證一定性能的前提下大幅降低成本，這些前沿技術成果才能真正惠及社會。
面向未來的機器人觸覺技術
盡管當前的技術還不夠成熟，但科學家們對機器人觸覺技術的未來前景還是抱有很大期待。研究團隊表示，這項技術除了可用于人形機器人的精細觸覺，還可以延伸至虛擬現實領域，結合虛擬環境的視覺和聽覺體驗，大幅提升用戶的沉浸感。
當機器人和各類智能系統擁有更精細、更豐富的觸覺反饋后，將對人與機器的交互模式產生深遠影響。我們有理由相信，未來的人機交互定將更將真實、自然、智能。
浙公網安備 33010602000006號
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