新型电子皮肤:赋予机器人和假肢极佳的触觉

留加政策2024-10-28 03:19:03欧米教育

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皮肤是人体最大的器官,可以直接与外界环境接触和相互作用。柔软的皮肤组织下分布着巨大的传感器网络,可以实时获取温度、压力、气流等外部信息的变化。

电子皮肤模仿人类皮肤的功能和机械特性。它由薄、透明、柔韧且可拉伸的材料制成。它可以方便地附着在人体皮肤表面,感知压力、温度等外界环境刺激,实现人工触摸。

创新

近日,新加坡国立大学的一个研究团队开发出了一种人工神经系统,也被称为“异步编码电子皮肤(ACES)”。通过这个系统,机器人和假肢装置可能很快就会拥有与人类皮肤相同或更好的触觉。

这种新型电子皮肤系统实现了超高灵敏度和抗损伤性,可以与任何类型的传感器皮肤层结合,作为电子皮肤系统高效运行。

新加坡国立大学工程学院材料科学与工程系助理教授Benjamin Tee及其团队取得的创新成果于2019年7月18日首次发表在著名科学期刊《科学·机器人学(Science Robotics)》上。

技术

Tee 助理教授十多年来一直研究电子皮肤技术,希望能够赋予机器人和假肢装置更好的触觉,他解释道:“人类利用触觉来完成几乎每一项日常任务,比如拿起一杯咖啡。如果没有触摸,我们甚至会在走路时失去平衡。同样,机器人需要触摸才能更好地与人类互动,但今天的机器人仍然不能很好地感知物体。”

新加坡国立大学的一个团队从人类感觉神经系统中汲取灵感,花了一年半的时间开发出一种有望表现更好的传感器系统。虽然ACES 电子神经系统像人类传感器神经系统一样检测信号,但它由通过单个导体连接的传感器网络组成,而不是人类皮肤中的神经束。它还没有像现有电子皮肤那样的互连布线系统,这会使其对损坏敏感且难以扩展。

为了详细描述灵感,新加坡国立大学电气与计算机工程系、新加坡国立大学健康创新与技术研究所、N.1健康研究所、混合集成柔性电子研究所的Tee助理教授系统项目表示:“人类感觉神经系统非常高效,它一直在工作,达到了我们认为理所当然的程度,而且它也非常能抵抗损坏,例如,如果我们能够模仿生物系统的工作方式的话。方法并做得更好,那么我们就可以在以电子皮肤为主的机器人领域取得巨大进展。”

ACES 检测触摸的速度比人类触觉感知系统快一千倍。例如,它可以在60纳秒内区分不同传感器甚至大量传感器的物理接触,这是电子皮肤系统达到的最快速度。支持ACES的皮肤还可以在10毫秒内准确区分物体的形状、纹理和硬度,这比眨眼的速度快10倍。 ACES 系统的高精度和捕捉速度确保了这一点。

ACES 平台还可以设计为高度抗损坏。这对于电子皮肤来说是一个非常重要的特性,因为它们需要与环境频繁的物理接触。与传感器在现有电子皮肤中互连的当前系统不同,ACES 中的所有传感器都可以连接到公共导体,每个传感器独立工作。这样,只要传感器和导体之间存在连接,支持ACES 的电子皮肤就可以继续发挥作用,从而不易受到损坏。

价值

即使传感器数量增加,ACES 也能实现简单的接线和非凡的灵敏度。这些关键功能将促进智能电子皮肤扩展到人工智能(AI),用于机器人、假肢设备和其他人机界面的应用。

“由于需要大块高性能电子皮肤来覆盖机器人和假肢设备相对较大的表面积,因此可扩展性成为一个关键考虑因素,”Tee 助理教授解释道。

他补充道:“ACES 可以轻松地与任何类型的传感器皮肤层相结合,例如那些可以感知温度和湿度的传感器皮肤层,以创建支持ACES 的高性能电子皮肤。这些电子皮肤具有卓越的触觉效果并且用途广泛。”

例如,将ACES 与Tee 助理教授最近开发的透明、自愈、防水传感器皮肤层相结合,创造出一种可以像人类皮肤一样自我修复的电子皮肤。这种电子皮肤可用于开发更逼真的假肢,并帮助残疾人重新获得触觉。

其他潜在的应用包括开发更智能的机器人,可以执行灾难恢复任务或接管单调的任务,例如在仓库中包装物品。因此,新加坡国立大学计划在下一阶段的研究中进一步将ACES 平台应用于先进的机器人和假肢设备。

关键词

电子皮肤、机器人、假肢、人工智能

参考

【1】曹跃,谭于军,李思,李王伟,郭红晨,蔡永清,王超,Benjamin C.-K.球座。适用于水生环境的自愈电子皮肤。自然电子学,2019; 2 ( 2): 75 DOI: 10.1038/s41928-019-0206-5

【2】王伟利、谭于军、姚海成、李思、Hian Hian See、Matthew Hon、Kian Ann Ng、Betty Xiong、John S. Ho、Benjamin C. K. Tee。一种受神经启发的人工周围神经系统,用于可扩展的电子皮肤。科学机器人,2019; 4 (32): eaax2198 DOI: 10.1126/scirobotics.aax2198

【3】http://news.nus.edu.sg/research/exceptional-touch-robots-prosthetics

用户评论

北染陌人

这也太酷了!可以给机器人、甚至人造器官赋予更真实的触感,未来可期啊!想象一下,和机器人“握手”不再是冰冷无感的体验,想想都让人兴奋。

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陌颜幽梦

终于来了!我一直期待着能真正实现机器人有触觉技术,这样他们才能更好地与人类互动。未来可以预见会有很多应用场景,例如在服务、医疗等领域都将会发生革命性变化。

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致命伤

这种电子皮肤的制作成本应该很高吧?而且会不会对用户造成某些安全隐患?我感觉这项技术的应用还需谨慎考虑一些实际问题。

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柠夏初开

真的让人感慨科技的力量!有了新型电子皮肤,机器人不再是冰冷机器,他们能更像人类一样感知世界,甚至可以帮助人恢复触觉功能。这真是一个让人充满希望的未来!

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凝残月

我觉得这种技术进步太快了,还没来得及消化之前就又出新品了。我们是不是应该思考一下这些先进技术的伦理问题?比如,拥有触感的机器人会不会威胁人类的工作?

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龙卷风卷走爱情

"卓越"这个词用得是不是有点夸张? 虽然这电子皮肤看起来很厉害 ,但我还是觉得和人类的真实触觉差挺远的。

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一样剩余

我觉得这种技术很有潜力,但还处于早期阶段,需要更多的研究和测试才能真正应用于实际生活中。比如,在义肢领域,还需要解决一些材料科学以及兼容性的问题。

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﹏櫻之舞﹏

如果机器人能够真正感受到触感,那会不会像我们一样有情绪?是不是会对人类社会产生新的影响?这个话题值得深入探讨!

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那伤。眞美

对未来医疗应用非常期待!如果能用这种电子皮肤来帮助失去触觉的患者恢复功能,那就太棒了!这将改变他们的生活轨迹。

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米兰

我一直认为科技发展应该是为了造福人类,这个新型电子皮肤看起来很有前景,但也要时刻关注其对社会的影响,确保技术的可控性。

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长裙绿衣

如果这种电子皮肤能够应用于日常产品上,比如手机和平板电脑,那会是一种全新的触觉体验吗?期待未来出现更多创意的应用场景!

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拥菢过后只剰凄凉

这个突破很牛,但想想机器人会不会“进化”到我们无法掌控的地步呢? 这方面安全风险需要引起重视。

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醉枫染墨

看来科技发展越来越快了!我越来越好奇未来的世界会是什么样子?拥有触觉的机器人或许已经不再是科幻小说里的情节,也许就在不远的未来

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情深至命

我还记得小时候看一本关于未来机器人的书,里面就写着这个“电子皮肤”的概念。现在居然实现了!真是让人惊喜又有点想不通,时间过得太快了。

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情如薄纱

这种技术的应用场景非常广泛,我认为除了机器人和义肢领域,还可以应用于虚拟现实、游戏等行业,让体验更加真实和生动!

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娇眉恨

我觉得这个技术还有些距离商业化推广应用还需要一些时间。首先要解决成本问题,毕竟电子皮肤的材料开发和制造工艺都比较复杂。

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浮光浅夏ζ

如果未来我们能通过电子皮肤与机器人建立更深层的连接,那将会是一件极大的进步吧! 可以想象一个和谐共处的未来世界,人类和机器协同发展

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夏以乔木

这个“卓越的触觉”究竟意味着什么? 我比较想知道实际效果怎样。会不会只是模拟触的感觉,而不是真的能感受到压力、温度等信息?

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