斯坦福研發(fā)新電子手套 有望在未來給機(jī)器人手臂帶來靈活的操作

2018年11月26日，斯坦福工程人員開發(fā)了一種包含傳感器的電子手套，并有望在未來給機(jī)器人手臂帶來人類認(rèn)為是理想當(dāng)然的靈活度。

在一份發(fā)表的論文中，美國國家工程院院士，斯坦福大學(xué)化學(xué)工程系教授鮑哲楠及其團(tuán)隊證明了傳感器能夠允許機(jī)器人手臂握持并不會擠爆嬌弱易碎的漿果和乒乓球。鮑哲南表示，位于手套指尖的傳感器能夠同時模擬實現(xiàn)人類靈活度的兩個關(guān)鍵性質(zhì)：壓力的強(qiáng)度和方向。

她說道：“這項技術(shù)幫助我們走向了在未來某一天給機(jī)器人帶來人類皮膚中發(fā)現(xiàn)的感知能力的道路?！?/p>

研究人員正在完善技術(shù)，以支持其自動控制傳感器。但如果能夠?qū)崿F(xiàn)，穿戴這種手套的傳感器將能靈活地用拇指和食指來握持雞蛋，并且不會擠碎或脫落。

這種電子手旨在模擬人體皮膚層為給我們帶來超凡靈活度的協(xié)同工作方式。外層皮膚充滿了“傳感器”（感覺神經(jīng)），可以檢測壓力，熱量和其他刺激。

手指和手掌的“觸碰傳感器”尤其豐富。這種“傳感器”能夠與名為棘層的皮膚子層一起工作。

位于皮膚基底層前面的棘層十分關(guān)鍵。當(dāng)我們的手指觸碰一件物品時，皮膚外層將更接近于棘層。位于棘層最上方的感覺神經(jīng)將能知覺到輕微的觸感。更強(qiáng)烈的壓力將迫使皮膚外層進(jìn)一步靠近棘層，觸發(fā)更多的感覺神經(jīng)，從而引發(fā)更強(qiáng)烈的觸感。

但測量壓力強(qiáng)度只是棘層的一部分功能。這個凹凸不平的皮膚子層同時有助于說明壓力或剪切力的方向。例如，當(dāng)一根手指向北推時，位于棘層“山丘”的南坡將產(chǎn)生強(qiáng)烈的信號。

對于我們?nèi)祟惸軌蛴媚粗负褪持篙p柔但牢固地握持一個雞蛋，這種剪切力的感知能力起了相當(dāng)一部分作用。Clementine Boutry和Marc Negre領(lǐng)導(dǎo)了模仿這種人體機(jī)制的電子傳感器開發(fā)。機(jī)器人手套指尖上的每個傳感器由三個柔性層組成。頂層和底層屬于電活性，中間是橡膠絕緣層，彼此能夠協(xié)同工作。

研究人員在各個相對表面鋪設(shè)了電線網(wǎng)格，并且令它們彼此垂直轉(zhuǎn)動以產(chǎn)生密集的小型感測像素陣列。他們同時令底層如同人類皮膚棘層一樣顛簸不平。

中間的橡膠絕緣體可以簡單地保持頂層和底層電極的隔開。但這種分離至關(guān)重要，因為靠近但不接觸的電極可以存儲電能。

當(dāng)機(jī)器人手指向下壓并將上層電極擠向底層時，儲存的電能增加。底層的“山丘”和“山谷”提供了一種將壓力強(qiáng)度和方向映射到垂直網(wǎng)格特定點位的方法，就像人體皮膚一樣。

為了測試技術(shù)，研究人員將三層傳感器嵌入至橡膠手套的指尖上，并穿戴在機(jī)器人手上。他們的最終目標(biāo)是將傳感器直接嵌入至機(jī)器手臂的皮膚狀覆蓋物中。

在一項實驗中，研究團(tuán)隊令穿戴電子手套的機(jī)器人手輕輕觸摸漿果（不壓爆）。他們同時利用傳感器檢測適當(dāng)?shù)募羟辛砦粘制古仪颍ú幻撀洌?，并能夠移動和舉起乒乓球。

鮑哲楠指出，通過適當(dāng)?shù)?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/1315/" target="_blank">編程，佩戴這種觸感手套的機(jī)器人手可以執(zhí)行重復(fù)性任務(wù)，例如從傳送帶上拿起雞蛋并將其放入紙箱之中。

另外，這種技術(shù)可對機(jī)器人輔助手術(shù)帶來幫助，因為精確的觸碰控制對手術(shù)而言至關(guān)重要。但鮑哲楠的最終目標(biāo)是，開發(fā)一種無需預(yù)先編程即可自動施加適當(dāng)力量并安全地處理物體的先進(jìn)手套。

她指出：“我們可以編程一個機(jī)器人手，令其觸碰漿果而壓爆。但我們距離能夠觸摸并檢測到它是漿果，并令機(jī)器人能夠撿起它還有很長的路要走。”