圖片來源: Georgia Tech
裝備了“溫暖皮膚”的溫暖皮膚機器人可以識別出物體的材料。
通常情況下，機器如果你的人用機器人摸上去是溫暖的，那有可能是感知它的冷卻系統出現了可怕的故障。機器人不應該是世界溫暖的，它們應該是溫暖皮膚冷酷、寒冷的機器，或者至少應該是人用冷酷、和環境溫度相同的感知。熱量似乎總是世界一個副產品，需要找到其來源并且處理掉。溫暖皮膚人類和許多其它非爬行動物需要消耗很多能量來維持恒定的機器體溫，事實上，人用時刻保持溫暖為我們提供了許多額外的感知好處，比如從我們觸摸到的世界東西上收集有用信息。現在機器人也可以有這種能力了。
大多數機器人所使用的觸摸傳感器是力傳感器。它們可以識別一個物體表面的堅硬程度，有時也能檢測出物體表面的紋理。你也可以添加一些溫度傳感器到這個混合體中來檢測表面是熱的還是冷的。然而，大多數時候，你周圍的物體既不是熱的也不是冷的，它們的溫度只是周圍環境的溫度。
佐治亞理工學院研發的機器人觸覺皮膚采用大量“taxels” 陣列，每個“taxels”單元由壓阻式面料、熱敏電阻和加熱帶分層組合而成。他們表示，力傳感器和熱傳感器組合使用的效果顯著優于單獨使用力傳感器。
當人類觸摸到與環境溫度相同的東西時，經常會感覺它們的觸感比真實溫度要高或低一些。這其中有兩個原因：第一是由于我們的身體處在溫暖舒適的狀態下，所以我們感覺到的是皮膚和物體之間的溫度差；第二是由于我們可以感覺到物體吸收了多少我們身體的熱量。換句話說，我們測量的是物體吸收我們身體熱量的速度，更進一步的，我們測量的是它的熱傳導率。試想一下，即使是在相同溫度下，金屬材料的物體會比一些織物或木材的物體感覺更涼一些，這是因為金屬的熱傳導性更強、吸熱更快。這樣的結果就是，我們有能力對觸摸到的材料收集更多的數據，因為我們的手指是溫暖的。
上個月，來自佐治亞理工學院的Joshua Wade, Tapomayukh Bhattacharjee, 以及Charlie Kemp教授在IROS研討會上發表了一篇文章，該文介紹了一種增加了主動加熱功能的新型機器人皮膚。當主動加熱功能與傳統的力傳感器結合使用時，便產生了一種有助于確定物體的組成成分的多模態觸覺傳感器。
圖片來源: Georgia Tech
佐治亞理工學院研發的以面料為基礎的多模態觸覺傳感器皮膚原型。
好吧，盡管外表看起來并不怎么好看，但力傳感器和主動加熱傳感器組合使用的效果顯著優于單獨使用力傳感器。這種織物由大量“taxels”陣列組成，在每個“taxels”單元中，電阻式織物被夾在兩層導電織物中間，同時兩個被動熱敏電阻和兩個主動熱敏電阻被放置在碳纖維電阻加熱條上面。在三種傳感器互相配合工作的模式下，使用按壓的方式時，機器人分辨木材和鋁的成功率高達96%，使用滑動接觸時成功率為84%。
需要指出的是，這并不是世界上第一款主動加熱的傳感器，SynTouch公司開發的BioTac傳感器也包括一個加熱器，但是它只有一個指尖那么大，這可比不了佐治亞理工學院研發的整個手臂那么大的觸覺皮膚傳感器。
Tapo Bhattacharjee表示，這種傳感器有著非常廣闊的應用前景，他說“機器人可以在雜亂的環境或人類的環境中使用這種皮膚。當機器人了解了觸摸對象的觸覺特性之后可以幫助它制定智能的執行策略，例如，機器人在推動軟物體的時候不會認為那是硬的東西。或者說，如果機器人知道它是在觸摸一個人，那么它可以更加溫柔。”
本文觀點僅代表作者，不代表《科學美國人》。
（翻譯：么宇輝；審校：楊玉潔）
來源 [IEEE Spectrum]：