記得擁抱人類的大白嗎？擁抱對(duì)于機(jī)器人是機(jī)器困難的一件事，如果機(jī)器人自主擁抱人類或者人類握手互動(dòng)，那或許是因?yàn)樗氲玫揭粔K人類小餅干。機(jī)器人對(duì)于力的感知和控制，是科學(xué)家認(rèn)為阻礙類人型機(jī)器人突破的最大瓶頸。
 

 

　　敏感的合成皮膚使機(jī)器人能夠感知自己的身體和周圍環(huán)境，這是機(jī)器人與人緊密接觸時(shí)的一項(xiàng)至關(guān)重要的功能。受到人體皮膚的啟發(fā)，慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種將人造皮膚與控制算法結(jié)合在一起的系統(tǒng)，并用它創(chuàng)建了第一臺(tái)具有全身人造皮膚的自主人形機(jī)器人。

 

　　由Gordon Cheng教授及其團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的人造皮膚由六角形細(xì)胞組成，其大小約為2歐元硬幣（即直徑約1英寸）。每個(gè)都配有微處理器和傳感器以檢測(cè)接觸、加速度、接近度和溫度。這種人造皮膚使機(jī)器人能夠更詳細(xì)，更靈敏地感知周圍環(huán)境，這不僅幫助他們安全移動(dòng)，這也使它們?cè)谌烁浇僮鲿r(shí)更安全，并使他們能夠預(yù)測(cè)并積極避免事故發(fā)生。

 

　　由慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）的研究人員開(kāi)發(fā)的這種人造皮膚的每個(gè)細(xì)胞都配備有微處理器和傳感器，以檢測(cè)接觸，加速度，接近度和溫度，新的控制算法使首次將人造皮膚應(yīng)用于人類大小的機(jī)器人成為可能。
 

圖片來(lái)源：Astrid Eckert / TUM

 

　　表皮細(xì)胞本身是由戈登·程，慕尼黑工業(yè)大學(xué)認(rèn)知系統(tǒng)的教授在10年前開(kāi)發(fā)。但是，本發(fā)明僅在將其集成到復(fù)雜的系統(tǒng)中時(shí)才顯示出其全部潛力，如《 IEEE議事錄》（Proceedings）最新一期所述。

 

　　1.通過(guò)基于事件的方法提高計(jì)算能力

 

　　開(kāi)發(fā)機(jī)器人皮膚的最大障礙一直是計(jì)算能力。人體皮膚約有500萬(wàn)個(gè)受體，傳統(tǒng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)來(lái)自人造皮膚中傳感器的數(shù)據(jù)連續(xù)處理能力很快就達(dá)到了極限，以前的系統(tǒng)很快就被數(shù)百個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)所淹沒(méi)。

 

　　為了克服這個(gè)問(wèn)題，Gordon Cheng和他的團(tuán)隊(duì)使用神經(jīng)工程方法，不連續(xù)監(jiān)測(cè)皮膚細(xì)胞，而是使用基于事件的系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這樣最多可減少90％的處理工作量。訣竅：僅當(dāng)值更改時(shí)，各個(gè)單元才從其傳感器傳輸信息。這類似于人類神經(jīng)系統(tǒng)的工作方式。例如，當(dāng)我們第一次戴上帽子時(shí)，我們會(huì)感到一頂帽子，但是我們很快就習(xí)慣了這種感覺(jué)。直到風(fēng)將其從我們的頭上吹走之前，無(wú)需再次注意帽子，這使我們的神經(jīng)系統(tǒng)只需專注于需要身體反應(yīng)的新印象。這樣確保了即使身體緊密接觸也能確保安全。

 

　　通過(guò)基于事件的方法，Cheng教授及其團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已成功地將人造皮膚應(yīng)用于不依賴任何外部計(jì)算的人類大小的自主機(jī)器人。H-1機(jī)器人的上身，手臂，腿部甚至腳底都裝有1260個(gè)單元格（帶有13000多個(gè)傳感器）。這給它帶來(lái)了新的“身體感覺(jué)”，例如，H-1的腳靈敏，能夠應(yīng)對(duì)不平坦的地面，甚至可以平衡一只腳。

 

　　H-1具有特殊的皮膚，甚至可以安全地?fù)肀б粋€(gè)人，這聽(tīng)起來(lái)并不簡(jiǎn)單：機(jī)器人可以施加會(huì)嚴(yán)重傷害人類的力量，在擁抱期間，兩個(gè)身體在許多不同的地方接觸。機(jī)器人必須使用這些復(fù)雜的信息來(lái)計(jì)算正確的運(yùn)動(dòng)并施加正確的接觸壓力。Gordon Cheng解釋說(shuō)：“這在工業(yè)應(yīng)用中可能不那么重要，但是在護(hù)理等領(lǐng)域，必須設(shè)計(jì)機(jī)器人以使其與人的接觸非常緊密。”
 

致謝圖源：慕尼黑工業(yè)大學(xué)

 

　　2.多功能而堅(jiān)固

 

　　Gordon Cheng的機(jī)器人蒙皮系統(tǒng)也非常耐用且用途廣泛。因?yàn)槠つw是由細(xì)胞組成的，而不是由一塊材料組成的，所以即使某些細(xì)胞停止工作，它也能保持功能。Gordon Cheng說(shuō)：“我們的系統(tǒng)旨在與各種機(jī)器人一起快速無(wú)故障地工作。” “現(xiàn)在，我們正在努力制造較小的皮膚細(xì)胞，并有可能大量生產(chǎn)。”
 

圖源：機(jī)械姬

 

　　未來(lái)我們可以與機(jī)器人進(jìn)行肢體交互，機(jī)器人也會(huì)因此產(chǎn)生反應(yīng)，這想想就讓科學(xué)家很激動(dòng)。