一束光让机器人也能拥有触觉？之江实验室这项技术惊艳世界

传递触觉的“特殊道路”

我们对这个世界的初次感知，往往始于触觉——在啼哭之前，婴儿体验了拍打引发的哭声；在成长过程中，我们提笔写字、拍球运动；在生活中，我们握手言欢，敲击键盘，使用手机……无处不在的触觉，如同通往感知世界的特殊道路。

在这条特殊的道路上，我们看到了科学家们的不懈探索。就在2021年，诺贝尔生理学或医学奖授予了美国科学家大卫·朱利叶斯和阿登·帕塔普蒂安。他们的突出贡献在于发现了“温度和触觉的受体”。

这一发现揭示了触觉感知的奥秘，让我们对这个世界有了更深的理解。如同在黑暗中点亮一盏明灯，这一科学里程碑为我们揭示了触觉世界的宏大与微妙。我们日常生活中的每一次触碰、每一次感受，都有了科学的解释。这是一个令人振奋的时刻，不仅因为科学家们为我们揭示了触觉的奥秘，更因为这意味着我们对这个感知世界的理解又迈进了一大步。这一发现不仅为我们揭示了触觉感知的深层机制，也为未来的医学研究和应用提供了无限可能。相较于视觉和听觉等其他感官，触觉研究一直相对滞后。其背后的感知机制、复现和数字化进程的难题重重，不过在人工智能飞速发展的当下，如何实现“类人触觉感知”已成为科学界炙手可热的研究课题。

微纳光纤是之江实验室正在深入探索的一种技术路径，它被视为一种新型光波导，直径仅相当于头发丝的几十到几百分之一，因此具有独特的光学和力学特性，被誉为“下一代光纤”。

在这个微小的尺度上，微纳光纤的光传输特性发生了显著的变化。相当一部分光以倏逝场的特殊形式在微纳光纤的表面传输。这种特性使得微纳光纤在光通信、生物医学等领域具有广泛的应用前景，引起了科学家们的极大兴趣。微纳光纤，其外围的强倏逝场对环境中的微小变化极其敏感。一片轻轻飘落的羽毛，一段如诗如歌的悠扬音乐，亦或是难以察觉的0.01℃的温度波动，都能引起封装在柔性薄膜中的微纳光纤输出光谱的显著变化。这种高度灵敏的特性，使得微纳光纤在制造触觉传感器方面拥有巨大的潜力，正如之江实验室类人感知研究中心研究专家张磊所阐述。

在实验室里，张磊向记者展示了这种神奇的微纳光纤。它是如何从标准光纤通过加热拉伸，逐渐蜕变，呈现出中间纤细、两端粗壮的独特结构。

张磊进一步解释道：“中间的那部分，便是我们的微纳光纤，它如同纤细的触角，感受着外界的微弱刺激。而两边的部分，是未拉伸的标准光纤，它们像是一双强有力的信号传输者，将感知到的信息迅速传递。”

这种微纳光纤的技术，既展现了科技的力量，又体现了自然的微妙。在科技的翅膀下，人们可以感知到最微小的变化，进一步拓宽了我们对周围世界的感知和理解。目前，我们的团队已经成功突破了微纳光纤的可控制备和柔性封装技术，搭建了一套基于微纳光纤传感器的机器人触觉感知系统。这套系统研究力、温度、湿度、硬度和纹理等多方面的传感技术，致力于实现类人触觉感知。

想象一下，你在杭州工作，而你的朋友在北京学习，相隔千里，但是只要使用我们的类人触觉感知技术，你们就可以像打电话一样实时交流，感受彼此的“握手”和“拥抱”。这种技术的实现，将会极大地拉近人们之间的距离，让沟通更加真实、生动。

我们的研究团队一直在不断探索和研发，希望能够将这种技术不断完善，让更多的人体验到这种奇妙的交流方式。未来，我们还将继续探索更多的应用场景和技术创新，为人们的生活带来更多的便利和乐趣。模仿人类触觉系统的设备是如何运作的？这套设备在模拟人类的感知机制上，展现出了惊人的能力。当我们谈论模仿人类的触觉系统时，不禁让人好奇其工作原理。

实际上，对人类而言，当我们的皮肤感受到外界的触摸时，会产生一种物理压迫感。这种压迫感会激发皮肤下的神经末梢，产生微小的信号。这些信号沿着神经纤维迅速传输到大脑。大脑接收到这些信号后，能够立即解读出触摸的力度、大小和位置。

这套模仿人类触觉系统的设备，正是在尝试复制这一过程。它通过模拟人体皮肤的触觉感受器，接收并解读触摸带来的信号。与此这些设备也在努力将这些信号转化为数字化的信息，以便进一步的处理和解读。这样，无论是在医疗、康复还是机器人技术等领域，都能为我们带来前所未有的便利和可能性。这套设备的工作方式，不仅展示了科技的进步，也展现了人类对感知机制的深入理解与探索。模拟人类触觉系统的卓越功能，机器人通过增强手部、体表和足底触觉，显著提升了物体识别、灵巧操作、协作性、安全性、平衡性、机动性以及适应性。

之江实验室类人感知研究中心的研究专员余龙腾指出：“传感器作为机器人感知环境的媒介，是智能机器人工作闭环中的首步。”团队精湛地拆解了这一过程，并分别进行了精细处理。在传感器设计方面，我们运用微纳光纤等敏感材料来捕捉外界刺激，产生的信号通过标准光纤传输到计算机，随后计算机处理并发出反馈指令。

记者在现场亲眼见证了这款传感器的神奇之处。它的表面拥有类似指纹的沟壑，且呈现出多层结构的软硬差异，与人类手指皮肤的结构特征惊人地相似。余龙腾表示，正是这些独特的设计特点，使得传感器在与各种形状和材料的物体接触时，能够捕捉到关于抓握和滑动的丰富信息。

除了感知力信号，皮肤还能感受到热觉、冷觉、痛觉等多种触觉刺激。这一功能的实现，得益于皮肤中的四种感知小体，它们能够分别响应不同类型的刺激。

更令人兴奋的是，该团队在温度感知方面取得了重大突破。他们将微纳光纤传感器巧妙地布置在机械臂的指尖，使其能够识别并操作不同温度的物体，例如区分冷热咖啡。这一创新不仅在技术上展示了惊人的能力，也为未来的智能设备提供了无限可能。在一个安静的实验室里，之江实验室类人感知研究中心的研究专员肖建亮展示了一项令人惊叹的技术。机器人通过精巧的手指，轻轻掠过冷、温、热三杯咖啡上方，仿佛在空气中捕捉温度的气息。这一切的秘密，在于那些微纳光纤传感器，它们以非接触的方式感知咖啡的温度，赋予了机器人敏锐的“触觉”。

想象一下，盛放咖啡的杯子是柔软的，容易变形。机器人必须小心翼翼地抓取它们，避免咖啡溢出。这时，微纳光纤的力传感技术发挥了作用。通过精确控制抓力，机器人能够像人类一样稳稳地抓起杯子，保证咖啡不会洒出。

肖建亮告诉记者，虽然当前的类人触觉传感器在智能程度上还不能完全达到人类的水平，但在某些感知能力上已经超越了人类的极限。例如，一粒微小的花粉轻轻落在皮肤上，我们可能无法察觉。对于类人触觉传感器来说，其灵敏度和分辨率被设计得极高，可以捕捉到常人无法感知的细微之处。这种技术的潜力是巨大的，它让我们对未来人机共融的生活充满了期待。机器人的“触觉”越来越敏锐，或许在不久的将来，它们将能够更深入地理解我们的需求和情感。守护生命信号的微纳传感器

想象一下，只需携带一个几平方厘米大小的微纳传感器，医生便能在办公室内即时掌握您的生理信号，为您的健康状况制定精准措施。这不仅是科技的进步，更是对生命健康的深度关怀。

与传统的传感器不同，这款基于微纳光纤技术打造的触觉传感器，展现出了惊人的柔韧性和高效性能。它可以轻松地穿戴在我们身上，如同守护生命的战士，实时监测我们身体的微妙变化。

微弱压力、应变、温度和湿度的微小波动，都能被它捕捉到。它拥有高灵敏度和快速响应的能力，能够实时监测我们的脉搏、血压等重要生理信号的变化。这样的技术，无疑为我们提供了一个全新的健康管理方式。

在医疗领域，这样的传感器技术将带来前所未有的便利。未来，我们可以预见，随着这种微纳传感器的广泛应用和持续创新，人们的健康将得到更为精准和高效的监测与管理。如同守护者一般，它在保护我们生命的也为我们的健康生活提供了坚实的保障。在面临压力、温度和湿度的多变环境中，准确提取生理信号一直是一个巨大的挑战。张磊领导的团队，针对人体生理信号的健康监测，通过精心设计传感器结构，突破了这一难题。这款传感器不仅具有感受皮肤温度微小变化的灵敏度，能够捕捉到0.01℃的微妙变化，更通过研发高性能应变传感器，实现了对声音和指尖脉搏的实时监测。其灵敏度高达102 kPa-1。

随着我们国家人口老龄化问题的加剧，这种传感器的重要性愈发凸显。它让远程监测老年人或病患的生理信息成为可能，让医护人员能更及时地为需要帮助的人提供医疗服务。可以说，触觉感知研究团队的这一创新成果，就像一束明亮的光照亮了我们的生活，让科技的力量更加深入人心。

不仅如此，为了推动触觉再现技术的发展，使器件除了具备“感知”能力外还拥有“执行”能力，该团队以微纳光纤为核心，巧妙地构建了光波导型软体致动器。这款软体致动器可用于智能柔性抓取，为未来的触觉再现技术开辟了崭新的道路。人工智能研究的一项核心探索领域是模拟人类的感知系统。这一研究致力于赋予机器类似人类的感知能力，包括视觉、触觉、听觉、味觉和嗅觉。想象一下，如果机器能够像人类一样感知世界，那将带来怎样的变革。

肖建亮介绍了一种由微纳光纤和智能材料组成的微型智能器件，它是人工肌肉、软体机器人及微操控等技术的基础。这种微纳光纤致动器能够抓取不同形状和大小的物体，甚至在更大的范围内进行抓取、移动和操控。这一技术的出现，有效地弥补了空间光型致动器在精准操作方面的不足。有了软体致动器的配合，触觉传感器的技术也得到了完善。

随着微纳光纤技术的应用，未来的场景令人充满期待。我们可以想象机器在体内复杂腔道中的自由“游动”，帮助中风患者进行康复治疗的外骨骼，生命科学研究者能够轻松抓取微米级细胞等。之江实验室的最新研究成果，让所有对光充满好奇的人更加确信：在一束光里，隐藏着柔软却强大的力量。

对于人工智能来说，模拟人类的感知系统是其发展的重要方向。如果机器能够像人一样感知世界，那么它将更加智能、更加人性化。未来，我们期待看到更多类似的研究成果，推动人工智能的发展，让机器更好地服务于人类。类人视觉的起源可以追溯到20世纪60年代，美国学者L.R.罗伯兹开始研究多面体积木世界的图像处理技术。到了70年代，麻省理工学院人工智能实验室开设了“机器视觉”课程，为类人视觉的发展奠定了基石。类人视觉的本质是通过光学装置和非接触传感器自动接受并处理真实场景的图像，通过分析图像获得所需信息或用于控制机器运动。

类人听觉则是指机器人能够听懂人类的语言，从而更好地为人类服务。其中，最为人们所熟知的“机器听觉”任务便是语音识别。机器人能够从语音中识别出文字、语种、说话人身份以及情绪等信息。

在类人味觉的研究中，科学家们从人体舌头感知味觉的过程入手，深入研究味道对舌头产生的刺激以及味细胞表面的生物膜在接收这种刺激时产生的电压变化。这种研究为味觉传感器的发展提供了重要依据。如今，类人味觉已经帮助众多企业实现了食品在味道与营养上的完美平衡。类人嗅觉赋予了机器人神奇的能力——识别气体。这种能力不仅灵敏度高，而且分辨率也非常出色，即便是极微量的物质成分，也难逃其感知范围。对于那些需要在恶劣环境中大展身手的火灾救援机器人，以及在日常与人类共存空间中工作的机器人来说，嗅觉传感器绝对是不可或缺的利器。

想象一下，在浓烟滚滚、火焰熊熊的火灾现场，或是充满有害气体的危险环境中，机器人的嗅觉能力就像是一双隐形而强大的“眼睛”，帮助它们在混乱与危机中寻找到救援的线索，确保工作的顺利进行。而对于那些在日常环境中与人类并肩作战的机器人，它们需要更加精准地感知周围环境，以便更好地适应和服务于人类生活。嗅觉传感器就扮演了至关重要的角色，让机器人能够感知并适应各种气体的存在。

类人嗅觉为机器人提供了一个全新的感知维度，使它们在各个领域都能发挥出巨大的潜力。无论是救援现场的生死攸关，还是日常环境中的温馨服务，机器人的嗅觉能力都将为我们的生活带来前所未有的便利与惊喜。