斯坦福大學(xué)的工程師已經(jīng)開發(fā)出一種包含傳感器的電子手套，這種手套有一天可以使機(jī)器人手獲得人類理所當(dāng)然的靈活性。在《科學(xué)機(jī)器人》 雜志上發(fā)表的 一篇論文中 ，化學(xué)工程師 鮑振安 和她的團(tuán)隊證明，這些傳感器的性能足以讓機(jī)器人的手觸摸到精致的漿果并處理乒乓球而不會壓扁它們。

鮑說：“這項技術(shù)使我們走上了一天，為機(jī)器人提供了人類皮膚中發(fā)現(xiàn)的那種傳感功能。”

Bao說，手套指尖中的傳感器同時測量壓力的強(qiáng)度和方向，這是實(shí)現(xiàn)手動靈活性所必需的兩個特質(zhì)。研究人員仍然必須完善能夠自動控制這些傳感器的技術(shù)，但是當(dāng)他們這樣做時，戴著手套的機(jī)器人可以靈活地將雞蛋握在拇指和食指之間，而無需砸碎或讓它滑倒。

電子模仿生活

電子手套模仿了人類皮膚各層協(xié)同工作的方式，使我們的雙手具有非凡的敏感性。

我們的皮膚外層裝有傳感器，可以檢測壓力，熱量和其他刺激。我們的手指和手掌特別富含觸摸傳感器。這些傳感器與稱為刺突的皮膚亞層(山丘和山谷的崎y微觀地形)協(xié)同工作。

顛簸至關(guān)重要。當(dāng)我們的手指觸摸到一個物體時，皮膚的外層會更靠近棘突。主要由靠近山頂?shù)膫鞲衅鞲杏X到輕微的觸摸。更大的壓力會迫使外皮向下進(jìn)入棘突谷，從而觸發(fā)更強(qiáng)烈的觸感。

但是，測量壓力強(qiáng)度只是刺骨棘突所能實(shí)現(xiàn)的功能的一部分。這個顛簸的子層還有助于顯示壓力或剪切力的方向。例如，手指向北按壓，會在那些微觀山丘的南坡上產(chǎn)生強(qiáng)烈的信號。這種感知剪力的能力是幫助我們輕輕但牢固地在拇指和食指之間握住一個雞蛋的一部分。

博士后學(xué)者克萊門汀·布特里(Clementine Boutry)和碩士研究生馬克·內(nèi)格雷(Marc Negre)領(lǐng)導(dǎo)了模仿這種人類機(jī)制的電子傳感器的開發(fā)。機(jī)器人手套指尖上的每個傳感器均由三個可協(xié)同工作的柔性層組成。頂層和底層是電活性的。研究人員在兩個相對的表面的每一個上都布置了一條電線的網(wǎng)格，就像在田野中的行一樣，并且使這些行彼此垂直，以創(chuàng)建密集的小型感測像素陣列。他們還使底層像棘突一樣凹凸不平。

中間的橡膠絕緣子只是將電極的頂層和底層分隔開。但是這種分離至關(guān)重要，因為緊密接觸而不接觸的電極可以存儲電能。隨著機(jī)械手指的按下，將上部電極擠壓到更靠近底部的位置，存儲的能量增加了。底層的丘陵和山谷提供了一種將壓力的強(qiáng)度和方向映射到垂直網(wǎng)格上特定點(diǎn)的方式，就像人類的皮膚一樣。

精致的觸感

為了測試他們的技術(shù)，研究人員將三層傳感器放在橡膠手套的手指上，然后將手套放在機(jī)器人手上。最終目標(biāo)是將傳感器直接嵌入機(jī)器人手的皮膚狀覆蓋物中。在一個實(shí)驗中，他們對戴著手套的機(jī)器人手進(jìn)行了編程，使其能夠輕柔地觸摸漿果而不損壞漿果。他們還對戴手套的手進(jìn)行了編程，以通過使用傳感器檢測適當(dāng)?shù)募羟辛碜ノ涨蚨皇骨虻袈?，從而抬起并移動乒乓球而不會壓壞它?/p>

鮑說，通過適當(dāng)?shù)木幊蹋髦?dāng)前觸摸感應(yīng)手套的機(jī)器人手可以執(zhí)行重復(fù)的任務(wù)，例如將雞蛋從傳送帶上提起并將它們放入紙箱中。該技術(shù)還可以用于機(jī)器人輔助手術(shù)中，在這種情況下，精確的觸摸控制至關(guān)重要。但是Bao的最終目標(biāo)是開發(fā)一種高級版本的手套，該手套可以自動施加適量的力來安全地處理物體，而無需事先編程。

她說：“我們可以對機(jī)器人的手進(jìn)行編程而不會壓傷樹莓，但是要觸摸并檢測到它是樹莓并使機(jī)器人能夠撿起它，還有很長的路要走。”