在人工智能和機(jī)器人技術(shù)不斷發(fā)展的今天，機(jī)器人的功能已經(jīng)越來越豐富，但它們看起來仍然“很假”。除了深層的技術(shù)原因之外，這些機(jī)器人的皮膚就和人類又很大不同，它們沒有溫度，沒有觸覺，也就不能對(duì)外界作出反應(yīng)。

最近，英國格拉斯哥大學(xué)的科學(xué)家們展示了一種創(chuàng)新的電子皮膚，具有觸摸和接近感應(yīng)能力，而且無需使用專用的觸摸傳感器。

電子皮膚無需觸摸就能判斷物體接觸，還能自己“發(fā)電”

復(fù)制人類的觸覺是復(fù)雜的，電子皮膚需要靈活、有彈性、對(duì)溫度、壓力和紋理敏感，同時(shí)它們還需要能夠讀取生物數(shù)據(jù)并提供電子讀數(shù)。因此，如何實(shí)現(xiàn)電子皮膚的連續(xù)、實(shí)時(shí)使用是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

為了解決這個(gè)問題，格拉斯哥大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種由微型太陽能電池制成的能量發(fā)電電子皮膚，不需要專用的觸摸傳感器。這種太陽能電池不僅可以自己發(fā)電，還可以產(chǎn)生一些多余的能量，而且還可以觸摸和接近感應(yīng)。他們的研究成果的早期論文已經(jīng)發(fā)表在 IEEE 機(jī)器人學(xué)會(huì)期刊上。

當(dāng)暴露在光源下時(shí)，電子皮膚上的太陽能電池就會(huì)產(chǎn)生能量。如果電子皮膚上的一個(gè)單元格被接近的物體遮擋，則光的強(qiáng)度以及因此產(chǎn)生的能量會(huì)降低，當(dāng)單元格與物體接觸并確認(rèn)觸摸時(shí)，其強(qiáng)度會(huì)降低至零。

在接近模式下，機(jī)器人的電子皮膚會(huì)通過光強(qiáng)度判斷物體與皮膚的距離。格拉斯哥大學(xué) James Watt 工程學(xué)院 Bendable 電子和傳感技術(shù)小組的 Ravinder Dahiya 說：“機(jī)器人可以通過電子皮膚對(duì)比光的強(qiáng)度，并且在校準(zhǔn)之后判斷與物體的距離。”現(xiàn)在，研究小組正在利用帶有太陽能電池的紅外發(fā)光二極管進(jìn)行接近感應(yīng)，以獲得更好的結(jié)果。

為了演示他們的概念，研究人員將一個(gè)普通的 3D 打印機(jī)器人手包裹在他們的太陽能皮膚中，然后記錄下它與周圍環(huán)境的互動(dòng)。

概念驗(yàn)證試驗(yàn)表明，從機(jī)械臂的手掌中可以獲得 383.3 mW 的能量盈余。他們?cè)谡撐闹袑懙? “如果整個(gè)身體區(qū)域都覆蓋了電子皮膚，則可以產(chǎn)生 100 W 以上的功率。”

Ravinder Dahiya 表示，對(duì)自動(dòng)化的、電池供電的機(jī)器人來說，安裝一個(gè)消耗能量的電子皮膚是一個(gè)大問題，因?yàn)檫@會(huì)減少機(jī)器人可操作的時(shí)間。但如果電子皮膚本身就可以產(chǎn)生能量，那就可以延長機(jī)器人的運(yùn)行時(shí)間。Ravinder Dahiya 說：“從本質(zhì)上講，這項(xiàng)研究做到了把如何為機(jī)器人的大面積皮膚供電變成了一種可以產(chǎn)生能量的資源。”

電子皮膚的多種用途，汽車“穿上”可以提前感應(yīng)障礙物

除了在機(jī)器人技術(shù)方面的明顯應(yīng)用之外，Ravinder Dahiya 還設(shè)想了眾多應(yīng)用可能。因?yàn)樗哂胁牧霞傻膫鞲心芰Γ卺t(yī)療領(lǐng)域可以用在假肢上。Ravinder Dahiya 說：“們使用太陽能電池作為觸摸傳感器本身，不僅可以使它比其他電子皮膚體積更小，有利于制造重量和尺寸最佳的假肢，還能領(lǐng)先一步預(yù)測物體的接觸，這也可以有效得減少腦機(jī)接口中經(jīng)常出現(xiàn)的時(shí)間延遲問題。”

在自動(dòng)化部門也有應(yīng)用的可能，特別是在電動(dòng)和交互式車輛方面。一輛覆蓋著太陽能電子皮膚的汽車，因?yàn)樗慕咏袘?yīng)能力，將能夠“看到”一個(gè)接近的障礙物或一個(gè)人。

Ravinder Dahiya 解釋說：“這不是生物學(xué)意義上的’看見’，而是從機(jī)器的角度。這可以集成到其他對(duì)象，而且不僅僅是汽車，包括體感游戲、手勢控制等各個(gè)領(lǐng)域都可以應(yīng)用。”

目前，電子皮膚的測試還是在實(shí)驗(yàn)室中單一的光源下進(jìn)行的，照度為 650 勒克斯。但 Dahiya 認(rèn)為如果他們能夠使用電子皮膚可以區(qū)分的多種光源，那么就有了更多有趣的可能性。他說：“我們正在探索不同的人工智能技術(shù)，以創(chuàng)新的方式處理數(shù)據(jù)，這樣我們就可以識(shí)別光源的方向和物體。”

研究團(tuán)隊(duì)的成果使我們更接近靈活的、可持續(xù)使用的、成本效益高的電子皮膚，不僅可以觸摸，還能“看到”物體。

不過，這個(gè)項(xiàng)目目前仍存在一些挑戰(zhàn)，其中之一就是靈活性。Dahiya 表示，他們正在研究基于納米線的太陽能電池，希望在能量和傳感功能方面實(shí)現(xiàn)良好的性能。

希望未來這種電子皮膚可以應(yīng)用在更多方面，為交互方式帶來更多可能。

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