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斯坦福研发新电子手套 为机器人带来人类般灵活操作

导读: 2018年11月26日,斯坦福工程人员开发了一种包含传感器的电子手套,并有望在未来给机器人手臂带来人类认为是理想当然的灵活度。

2018年11月26日,斯坦福工程人员开发了一种包含传感器的电子手套,并有望在未来给机器人手臂带来人类认为是理想当然的灵活度。

在一份发表于《Science Robotics》的论文中,美国国家工程院院士,斯坦福大学化学工程系教授鲍哲楠及其团队证明了传感器能够允许机器人手臂握持并不会挤爆娇弱易碎的浆果和乒乓球。鲍哲南表示,位于手套指尖的传感器能够同时模拟实现人类灵活度的两个关键性质:压力的强度和方向。

斯坦福研发新电子手套 为机器人带来人类般灵活操作

她说道:“这项技术帮助我们走向了在未来某一天给机器人带来人类皮肤中发现的感知能力的道路。”

研究人员正在完善技术,以支持其自动控制传感器。但如果能够实现,穿戴这种手套的传感器将能灵活地用拇指和食指来握持鸡蛋,并且不会挤碎或脱落。

这种电子手旨在模拟人体皮肤层为给我们带来超凡灵活度的协同工作方式。外层皮肤充满了“传感器”(感觉神经),可以检测压力,热量和其他刺激。

手指和手掌的“触碰传感器”尤其丰富。这种“传感器”能够与名为棘层的皮肤子层一起工作。

位于皮肤基底层前面的棘层十分关键。当我们的手指触碰一件物品时,皮肤外层将更接近于棘层。位于棘层最上方的感觉神经将能知觉到轻微的触感。更强烈的压力将迫使皮肤外层进一步靠近棘层,触发更多的感觉神经,从而引发更强烈的触感。

但测量压力强度只是棘层的一部分功能。这个凹凸不平的皮肤子层同时有助于说明压力或剪切力的方向。例如,当一根手指向北推时,位于棘层“山丘”的南坡将产生强烈的信号。

对于我们人类能够用拇指和食指轻柔但牢固地握持一个鸡蛋,这种剪切力的感知能力起了相当一部分作用。Clementine Boutry和Marc Negre领导了模仿这种人体机制的电子传感器开发。机器人手套指尖上的每个传感器由三个柔性层组成。顶层和底层属于电活性,中间是橡胶绝缘层,彼此能够协同工作。

研究人员在各个相对表面铺设了电线网格,并且令它们彼此垂直转动以产生密集的小型感测像素阵列。他们同时令底层如同人类皮肤棘层一样颠簸不平。

中间的橡胶绝缘体可以简单地保持顶层和底层电极的隔开。但这种分离至关重要,因为靠近但不接触的电极可以存储电能。

当机器人手指向下压并将上层电极挤向底层时,储存的电能增加。底层的“山丘”和“山谷”提供了一种将压力强度和方向映射到垂直网格特定点位的方法,就像人体皮肤一样。

为了测试技术,研究人员将三层传感器嵌入至橡胶手套的指尖上,并穿戴在机器人手上。他们的最终目标是将传感器直接嵌入至机器手臂的皮肤状覆盖物中。

在一项实验中,研究团队令穿戴电子手套的机器人手轻轻触摸浆果(不压爆)。他们同时利用传感器检测适当的剪切力来握持乒乓球(不脱落),并能够移动和举起乒乓球。

鲍哲楠指出,通过适当的编程,佩戴这种触感手套的机器人手可以执行重复性任务,例如从传送带上拿起鸡蛋并将其放入纸箱之中。

另外,这种技术可对机器人辅助手术带来帮助,因为精确的触碰控制对手术而言至关重要。但鲍哲楠的最终目标是,开发一种无需预先编程即可自动施加适当力量并安全地处理物体的先进手套。

她指出:“我们可以编程一个机器人手,令其触碰浆果而压爆。但我们距离能够触摸并检测到它是浆果,并令机器人能够捡起它还有很长的路要走。”

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