机器人皮肤再获进展，鲍哲南团队研发“电子手套”让机器获得触觉

如果我们希望机器人像人类一样拥有敏锐的感知能力，那么感官系统的研发就显得尤为重要。为了实现这一目标，科学家们正在积极研究机器人的触觉系统，除了赋予机器人视觉和听觉外，还在努力打造机器人的触觉系统。其中，斯坦福大学的鲍哲南教授在柔性电子和电子皮肤领域取得了突破性进展。她及其研究团队最新研发了一种电子手套，这款手套能够为机器人的手增加灵活性和感知能力。当机器人的手触摸到莓果时，它能够自动停下来；当机器人抓取或移动物体时，如乒乓球，它能够感知并控制力度，避免将其压扁。这一研究成果标志着机器人触觉系统向更近似人类的方向迈出了重要一步，相关论文已发表在Science Robotics上。

鲍哲南教授的研究成果受到了广泛的关注和认可。与此其他科研机构也在机器人触觉领域取得了重要进展。例如，休斯顿大学的余存江教授及其团队开发出了一种可拉伸的全橡胶电子器件材料，这种材料可以应用于人造皮肤材料上。当将其包裹或穿戴在机器人手上时，机器人就能够通过触觉感知物体的温度，如判断杯中的水是冰还是热。

英国苏格兰格拉斯哥大学的研究人员在去年设计出了一种基于石墨烯的软性电容式触控传感器。这种传感器不仅具有触控功能，还能感知压力。其独特的触觉感应层可以堆叠在刚性或软性的太阳能电池上，在操作时能够自动供电。这一创新为机器人触觉的进一步发展提供了新的可能性。

这些科技成果不仅在学术界引起了广泛关注，也为机器人技术的发展带来了革命性的变革。随着科学技术的不断进步，我们有理由相信，未来的机器人将拥有更加敏锐的感知能力，更加接近人类的感官体验。约翰霍普金斯大学突破电子皮肤技术

今年8月，约翰霍普金斯大学的一支研究团队，利用嵌入导体的织物与橡胶，成功研发出一种可任意伸缩的电子皮肤。当这套系统被安装到义肢上时，外界施加的压力，能够触发电子皮肤向截肢者的神经系统发送电脉冲，大脑接收到信号后，就能感知触觉。

早在上世纪70年代，科学家们就已开始研究电子皮肤技术。如今，全球众多科研单位都在这一领域倾注心血。为何这是一个重要的议题？因为电子皮肤的应用领域广泛，包括医疗健康领域的假肢、复健机器人和外骨骼机器人等。在消费电子的穿戴式装置、工业机器人的安全防护以及特殊领域的性爱机器人等领域也有着巨大潜力。市场商机犹如巨大的宝库，等待着我们去发掘。

值得一提的是，斯坦福大学的华裔化学家鲍哲南教授及其团队最近也取得了重要突破。他们研发了一种具有触觉传感器的手套，使得机械手臂在穿戴后能够拥有与人类皮肤相似的触觉能力。

在外部压力的影响下，皮肤的棘层突起会受到来自不同方向的刺激，这种刺激能够让我们的皮肤感知到外力的方向。想象一下，当我们用两根手指轻轻地夹起一个物体时，我们能够清晰地感受到向下的力量。这种现象不仅仅是一种直观的体验，它也揭示了我们皮肤深层的工作原理。

这一切的感知能力启发了一个科学团队，他们在设计电子手套时借鉴了人类皮肤的工作原理。（图片来源：Science Robotics）这款电子手套的设计灵感源于人类手部结构的精密复杂性。

电子手套上的每一个传感器都是由三个柔性层组成的。顶层和底层是电活性的，研究人员在这两层表面上铺设了互相垂直的电线，构建了一个密集的感应阵列。这就像人类的皮肤棘层一样，能够感知并响应外部的压力刺激。

更为巧妙的是，底层柔性层的设置采用了与皮肤棘层相似的凹凸不平的形态。这种设计不仅能够感受到压力的方向，还能准确地感知到压力的强度。而中间的绝缘层则巧妙地隔开了上下两层的带电层，使得它们在保持靠近但互不接触的状态下储存电能。

当压力作用在手套上时，顶层和底层之间的距离会被缩短，储存的电能也会随之增加，从而感知到压力的存在。凹凸不平的底层能够将压力的强度和方向反映到感应阵列上，使得电子手套像人类的皮肤一样，能够全面感知并响应外界的压力刺激。这样的设计不仅赋予了电子手套更人性化的功能，也使其在实用性和舒适性上达到了新的高度。在这个团队的一次令人惊叹的实验中，机械手在穿上电子手套后，轻触莓果表面后迅速收回，而莓果在被触碰后仍然完好无损。紧接着在另一项实验中，机械手臂能够感知到乒乓球表面的细微切向力，并灵活应对，稳稳地抓住乒乓球，同时确保它不被捏碎，并能自如地进行上下左右移动。这一切都彰显了先进技术的精湛之处。

鲍哲南博士表示，当前这套系统已经能够执行一些简单的重复任务，比如从传送带上拿起鸡蛋放入旁边的箱子中。她的目标并未止步于此。她眼中，未来的目标是进一步深化这套系统的能力，让机械手臂在没有预先编程的情况下，能够自动以适当的力度抓取物体。当前手套上的技术也将被完全集成到机械手臂中。

对于这项技术的未来应用前景，鲍哲南博士更是寄予厚望。她认为这项技术将极大地改变机器人辅助手术领域。在手术过程中，对触觉的精准控制是极其重要的环节。想象一下，如果医生能够借助这种技术，在手术过程中像实际操作一样感知到手术器械与人体组织的接触力度和感觉，这将大大提高手术的精准度和安全性。这项技术无疑为医疗领域带来了革命性的突破。（来源：斯坦福官网）

随着电子皮肤技术的不断发展，其在工业领域的应用逐渐显现。特别是在工业机器人领域，一种全新的安全皮肤技术应运而生，为工业机器手臂带来了革命性的变革。电子皮肤作为未来电子工业发展的方向和趋势，学术界的研究已经取得了显著的进展。尽管技术有所突破，但仍面临诸多挑战，如生产成本高、量产难度大等。实现其在民用级产品中的商业化应用仍需要时间。特别是在医疗领域，还需要取得医疗监管机构的认证，这一过程可能需要更长的时间。

在工业场景中，电子皮肤已经开始小量的落地应用。其中最具代表性的是初创公司原见精机的工业机器人安全皮肤技术。这家公司从台湾工研院独立出来，专注于研发工业机器人皮肤。通过其自主研发的表面传感器技术，使得外观看似塑料的材质具备了触觉。这一技术的出现，为工业机器手臂带来了革命性的进步。

原见精机的总经理卢元立在接受DT君采访时表示，过去的机器手臂由于负载高、追求高耐用度，体积都非常庞大。为了避免危险发生，通常都会设置围栏进行阻隔。随着近年来协同机器人趋势的兴起，提高人机协作的安全性成为了迫切的需求。原见精机的工业机器人安全皮肤技术正好满足了这一需求。通过为机器人穿上“安全皮肤”，可以有效地提高人机协作的安全性，使得机器人在各种工业环境中的操作更加灵活、智能、安全。这一技术的出现，无疑将为工业领域带来全新的变革。另一个安全防护方式是通过使用“安全皮肤”来包覆机器手臂，赋予机器触觉。想象一下，当机器与人或物体接触时，就如同被点穴一样，机器手臂会立刻停止动作。欧洲和日本的工业机器人制造巨头，如川崎重工、abb以及Epson等，也打算采用这种安全皮肤技术。

图：展示的是用于工业机器手臂的安全皮肤，来源于原见精机官网。

专家进一步指出，研发安全皮肤需要兼顾物理和电子特性。化学材料需要均匀覆盖，而材料配方和比例则是每家公司的秘密武器。还需要与力度传感器、温度传感器等多个传感器以及电路设计进行整合。其中的第一个挑战是制造出敏感的触觉传感器。人类的指尖可以感知到约8毫米的细微触碰，如果机器人的触觉传感器超过这个数值，就可能会失效。如何让机器人的触觉达到甚至超越人手的精细度，是各大厂商面临的技术难题。原见精机的解决方案是将机器人的触觉感知精度提高到5毫米。

还有两个重要的挑战。首先是皮肤材料的耐用性。工业环境往往十分严苛，机器人及其组件必须能够承受高温和高强度的冲击，达到国际安全标准。目前使用的工业机器人皮肤比实验室开发的更为厚实，但轻薄仍然是未来的发展方向。环境的温湿度也会对传感器的灵敏度和耐久性产生影响。这一点在研发过程中也需要考虑进去。

安全皮肤的研发是一个综合性的挑战，需要兼顾多种因素，包括物理、电子、化学、传感器技术等。但其对于工业机器人的安全性提升具有重要意义，值得各大厂商投入研发。近年来，随着材料科学、软硬件领域的飞速发展，机器人技术也取得了重大突破。诸如波士顿动力和Shadow Robot公司在足部与手部创新方面的成果，已经让机器人能够执行更为复杂的任务。更令人激动的是，现在的机器人不仅能听懂人类的语言，还能识别物体。尽管让机器人拥有触觉似乎还是科幻电影中的情节，但随着触觉领域的技术突破、量产和成本降低，我们将迎来机器人技术的新纪元。

参考资源：

揭示了斯坦福大学开发的能让机器人拥有触觉的技术。

也为我们提供了机器人技术的新动态。

我们期待着这一领域的持续进步，未来，机器人的应用将更加广泛，功能也将更加强大。-End-