电子手套赋予机器人触觉

斯坦福大学的工程师们已经开发出一种含有传感器的电子手套，有一天它可以让机器人的手拥有人类认为理所当然的那种灵活性。化学工程师鲍哲南(Zhenan Bao)和她的团队已经证明，这种传感器工作良好，足以让机械手触摸精致的浆果，并在不压扁它们的情况下拿起乒乓球。

鲍说:“这项技术使我们有一天能够让机器人拥有人类皮肤上的那种传感能力。”

鲍说，手套指尖上的传感器同时测量压力的强度和方向。这两个品质对于实现灵巧的手工是必不可少的。研究人员还必须完善自动控制这些传感器的技术。然而，当他们这样做时，戴着这种手套的机器人可以灵活地用拇指和食指夹住鸡蛋，而不会打碎鸡蛋或让它滑落。

电子模仿生命

这种电子手套模仿了人类皮肤层的共同作用方式，使我们的手具有非凡的灵敏度。

我们的皮肤外层布满了传感器，用来检测压力、热量和其他刺激。我们的手指和手掌拥有丰富的触觉传感器。这些传感器与称为棘体的皮肤亚层一起工作，棘体是由丘陵和山谷组成的凹凸不平的微观地形。

这种颠簸是至关重要的。当我们的手指触摸一个物体时，皮肤的外层向棘骨靠近。轻微的触碰主要由靠近山顶的传感器感知。更强的压力迫使外层皮肤向下进入棘突的山谷，引发更强烈的触感。

测量压力强度只是棘突功能的一部分。这个凹凸不平的子层也有助于揭示压力或剪切力的方向。例如，手指向北按压，会在这些微型山丘的南坡上产生强烈的信号。这种感知剪切力的能力是帮助我们温柔而坚定地用拇指和食指夹住鸡蛋的部分原因。

博士后学者Clementine Boutry和硕硕生Marc Negre领导了模拟人体机制的电子传感器的开发。机器人手套指尖上的每个传感器都由三层灵活的协同工作层组成。顶层和底层是电活动的。研究人员在两个相对的表面上分别铺设了电网，就像田地里的一排排一样，并使这些行相互垂直，形成了一个密集的小传感像素阵列。它们还使底层像棘骨一样凹凸不平。

中间的橡胶绝缘体将电极的顶层和底层分开。这种分离是至关重要的，因为靠近而不接触的电极可以储存电能。随着机器人手指向下按压，将上电极挤压到更接近底部，储存的能量就会增加。底层的丘陵和山谷提供了一种方法，可以将压力的强度和方向映射到垂直网格上的特定点，就像人类的皮肤一样。

触觉细腻的机器人

为了测试他们的技术，研究人员把他们的三层传感器放在橡胶手套的手指上，然后把手套戴在机械手上。最终目标是将传感器直接嵌入到机器人手的皮肤状覆盖物中。在一项实验中，他们给戴手套的机械手编程，让它在不损坏浆果的情况下触摸浆果。他们还对戴着手套的手进行了编程，通过传感器检测适当的剪切力来抓取乒乓球而不让它掉下来，从而使它抬起和移动乒乓球而不压碎它。

鲍说，通过适当的编程，一只戴着现有触摸感应手套的机械手可以执行重复性任务，例如从传送带上取出鸡蛋并将其放入纸箱中。这项技术还可以应用于机器人辅助手术，精确的触摸控制是必不可少的。鲍的目标是开发一种高级版本的手套，它可以自动施加适当的力来安全处理物体，而无需事先编程。

她说:“我们可以对机械手进行编程，让它触摸覆盆子而不压碎它，但我们距离能够触摸并检测出它是覆盆子并让机器人把它捡起来还有很长的路要走。”

汤姆减弱,斯坦福大学．由制作编辑克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．

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