新發(fā)明一種可進(jìn)一步增強(qiáng)機(jī)器人感知能力的液滴感應(yīng)仿生電子皮膚

近年來，許多研究團(tuán)隊(duì)一直在嘗試設(shè)計(jì)具有電子特性的人工皮膚，用于人形機(jī)器人、智能假肢和其他仿生系統(tǒng)。這些皮膚可以感知物體的紋理和觸覺屬性，使各種系統(tǒng)能夠根據(jù)檢測到的信息規(guī)劃其動(dòng)作。

東華大學(xué)和新加坡國立大學(xué)的研究人員最近開發(fā)了一種新的電子皮膚（e-skin），能夠感知液體在物體上滑動(dòng)的信息。這種電子皮膚在《自然通訊》期刊上發(fā)表，能夠?qū)?dòng)態(tài)液滴滑動(dòng)行為轉(zhuǎn)換為電信號，然后傳輸給指示器。

“我們的液滴電子皮膚（DES）旨在增強(qiáng)智能機(jī)器人感知液滴環(huán)境的能力，縮小機(jī)器人電子皮膚和人類皮膚在液滴感知方面的差距，”該論文的第一作者徐云龍告訴Tech Xplore。“這是因?yàn)槟壳斑€沒有電子皮膚能夠深入感知液滴的滑動(dòng)行為。”

人類天生具有檢測皮膚上液滴滑動(dòng)行為的能力，這在濕環(huán)境下完成手動(dòng)任務(wù)時(shí)非常有價(jià)值。為了在他們的電子皮膚中再現(xiàn)這種能力，白志清及其同事從日?，F(xiàn)象中汲取靈感，即足球在瓷磚地板上的滾動(dòng)。

“這項(xiàng)工作主要由東華大學(xué)團(tuán)隊(duì)完成，新加坡國立大學(xué)的李成柯和孫仲達(dá)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)優(yōu)化和論文修改，白志清也幫助修改了論文，”徐說道?！拔覀兊碾娮悠つw基于摩擦電機(jī)制，即液滴與電子皮膚之間的接觸起電和靜電感應(yīng)。”

這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的DES由交錯(cuò)的電極網(wǎng)絡(luò)組成。這些電極可以檢測液滴的各種動(dòng)態(tài)滑動(dòng)行為，并利用產(chǎn)生的摩擦將其轉(zhuǎn)換為電信號。

“液滴滑動(dòng)行為的感知主要?dú)w功于巧妙設(shè)計(jì)的層間交錯(cuò)電極網(wǎng)絡(luò)，”徐解釋道?！斑@些電極由同一層上的兩系列電極組成，彼此不導(dǎo)電。我們的設(shè)計(jì)還確保了液滴與每系列電極之間的感應(yīng)距離相同?！?/p>

電子皮膚將滑動(dòng)液滴的行為轉(zhuǎn)換為電信號后，會將這些行為的視覺反饋傳輸給指示器。值得注意的是，這種皮膚還可以監(jiān)控液滴的流動(dòng)方向并控制水的泄漏。

“這篇論文提供了一種自供電仿生液滴電子皮膚，通過將各種動(dòng)態(tài)液滴滑動(dòng)行為轉(zhuǎn)換為電信號，深入感知液滴滑動(dòng)行為，從而增強(qiáng)智能機(jī)器人設(shè)備在常見液滴環(huán)境中的感知能力，”徐說道。

在最近的論文中介紹的這種電子皮膚可能很快會集成到現(xiàn)實(shí)世界的機(jī)器人系統(tǒng)中，以進(jìn)一步評估其性能。未來，它可能有助于開發(fā)具有更先進(jìn)觸覺感知能力的人形機(jī)器人，進(jìn)一步縮小人類與機(jī)器人感官感知之間的差距。

“我們的仿生DES極大地縮小了人工電子皮膚和人類皮膚在感知能力上的差距，并在軍事、救援和日常生活中帶來了廣闊的應(yīng)用前景，”徐補(bǔ)充道?！拔覀儸F(xiàn)在計(jì)劃繼續(xù)優(yōu)化其靈敏度和抗干擾能力，并使用機(jī)器學(xué)習(xí)來增強(qiáng)其更強(qiáng)大的感知能力。”