像人类手指！新传感器技术让机器人触摸你！

尽管现代科技在触觉传感方面取得了显著进展，但在机器人操纵中，真正的触觉传感普及仍面临诸多挑战。为此，哥伦比亚工程公司推出了一款全新的机械手指，该手指在触摸感知方面展现出了前所未有的能力。

这款机械手指设计独特，能够在多弯曲、大面积的表面上实现高精度的触摸定位，其精度甚至达到了小于1毫米的惊人水平。这一突破性的技术得益于机械工程和计算机科学的结合，由Matei Ciocarlie副教授和Ioannis（John）Kymissis教授共同研发完成。

传统的触觉传感器在面临复杂的三维表面时，往往难以进行有效的触摸定位和力感检测。Ciocarlie团队却通过一种全新的方法攻克了这一难题。他们巧妙地利用嵌入在手指功能区域中的透明波导层中的光发射器和接收器，通过测量每个发射器和接收器之间的光传输，获取了丰富的信号数据集。这些数据随着手指因触摸而变形，从而提供了关于接触位置和施加的力的详细信息。

这项技术的核心在于使用光线来感应触摸。在机械手指的“皮肤”下，研究人员使用了一层由透明硅树脂制成的材料，并在其中安装了多个LED和光电二极管。当手指触摸物体时，其皮肤会变形，导致光线在透明层中四处移动。这些信号覆盖了复杂的三维形状，如指尖。每个信号都包含有关接触的一些信息，通过测量从每个LED到每个二极管的光量，研究人员可以获得大量的数据点。

为了确保能够捕捉到手指各侧的所有接触信息，研究人员设计了一种没有盲点的触觉机器人手指。他们发现当前的机器学习技术可以处理这些大量的数据并提取关键信息，如手指的触摸位置、接触物体的性质以及施加的力等。这种结合使得机器人手指能够实现真正意义上的触感知。

该研究发表在IEEE/ASME Transactions on Mechatronics上，展示了基础技术的两个关键方面：一是使用光线感应触摸的方法，二是利用神经网络处理数据以提取关键信息。该手指模型已被设计用于与机器人手集成，并具有易于制造、使用便利的特点。它只需要一条包含少量导线的电缆进行连接，无需复杂的外部电子设备。实验室中已有多只灵巧的手装备了这些手指，并计划在未来几个月内利用触觉和本体感受数据展示其灵巧操作能力。这项技术的长远前景广阔，有望在制造、物流等领域启用个人机器人帮助所需的技术之一。它不仅能够帮助机器人实现更精细的操作能力，还有可能为医疗保健和服务等领域带来革命性的变革。这项研究为实现真正意义上的人机交互开辟了新的道路。