不要轻易碰我，不然我就知道你有多软了 | Science Robotics

软栗子 发自 凹非寺 
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

一直以来，总有人在帮机器人加触觉。

那样，机器人感受到的世界，就不只是各种形状的组合，也有丰富的质感了。

斯坦福大学的研究人员，也用自己的方式，努力给机器人更加精致的触觉。

他们走的路，是模仿人类触觉原理的仿生皮肤。这条路已经走了很久。

最近的研究成果，是一双布满传感器的新手套：无论灵敏度还是实时性，都以前更加像人类皮肤了。

于是，这项研究登上了最新一期的Science Robotics。

那么，人类皮肤的触感是怎样形成的？又要怎样用电子元件来模拟？很快你就知道了。

荆棘丛生的人皮

人类的手指和手掌上，原本就有很多传感器。

这些传感器是和名叫“棘毛” (Spinosum) 的子层密切配合，这一层里，有微观的千山万壑。

崎岖的地形，对触觉的形成非常重要。

因为手指接触物体的时候，外层皮肤会向棘毛这一层移动。

如果是轻度接触，外层皮肤会接触到那些“小山”，山上的传感器就会感受到。

如果是重度接触，外层皮肤被迫走向更深一层，凹陷的沟壑里传感器会接收到信号。

人类皮肤对压力轻重的感觉，就是这样形成的。

不过，测量压力的大小，也不是棘毛功能的全部。

△ 压力的方向也很重要

棘毛还可以测量压力的方向，就是切向和法向分别有多少力施加在皮肤上。

如果一根手指向北推某个东西，“小山”的南坡就会感受到强烈的信号。

这是一种叫做剪应力 (Shear Force) 的力量，可以帮助人类握起一个鸡蛋：

让鸡蛋不会被握碎，也不会掉在地上摔碎。

三层传感器模拟人皮

所以，怎么用电子元件来模拟这种原理？

手套上，每个手指的传感器都是三层的。其中，上层和底层是带电的。

研究人员在 (上层与底层) 两个相对的面上，铺设了电线网格 (Grid of Electrical Lines) ，就像电场线那样。然后让这些“电场线”互相垂直，形成一个密集的感应像素阵列。

底层，就像人类皮肤的棘毛层那样沟壑纵横。

中间是绝缘的橡胶层，让上层和底层的电极保持分离的状态。

这一层很重要，因为两层电极距离很近，又不互相接触，这样的结构可以储存电能。

当手指向下按的时候，上层电极和下层就会更靠近，存储的电能就会增加。

而底层的山坡和深谷，可以给电线网格上的每一点，找到它对应的压力大小和方向。

这样一来，电子皮肤的触感就形成了。

轻轻碰一碰树莓，也不会伤害到幼小的果实。

当然，抓起乒乓球来各处移动一下也不是问题 (开头的图，再出现一次) 。

实验室的小姐姐

常年致力于研制电子皮肤的斯坦福实验室，老板是鲍哲南教授。

小姐姐笑容有些羞怯，但她是美国国家工程院院士，也在2017年获得过联合国教科文组织授予的世界杰出女科学家称号。

论文传送门：
http://robotics.sciencemag.org/content/robotics/3/24/eaau6914.full.pdf

— 完 —

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