新型电子皮肤使机器人「感觉疼痛」

2022-06-08 14:06

“模仿人体神经元工作原理，新型电子皮肤加快反应速度并模拟疼痛反应。”

作者：Claire

编辑：tuya

出品：财经涂鸦（ID：caijingtuya）

由格拉斯哥大学Ravinder Dahiya教授领导的可弯曲电子和传感技术小组开发了一种新型电子皮肤，该电子皮肤具有一种基于“突触晶体管”（synaptic transistors）的新型处理系统，模仿大脑的神经通路以进行学习。使用智能皮肤的机器人的手掌表现出极好的对外部刺激做出反应的能力。

研究团队将最新研究结果发表在6月份的Science Robotics杂志，题为“基于印刷突触晶体管的电子皮肤让机器人感受和学习”（Printed Synaptic Transistors based Electronic Skin for Robots to Feel and Learn）。该论文介绍了研究人员如何构建他们的电子皮肤（e－skin），以及它如何改进目前触敏机器人技术。

研究团队表示，与以往的电子皮肤相比，不同之处在于，他们在系统中使用了一个内置电路，充当“人造突触”，可减少数据输入，从而使电压达到峰值。这加快了处理速度，并允许团队通过设置输入电压阈值来“教”皮肤如何对模拟疼痛做出反应，该阈值的频率根据施加在皮肤上的压力水平而变化。

传统设计是在电子皮肤表面分布一系列压力传感器，以使其能够检测到它何时与物体接触。然后将传感器的数据发送到计算机进行处理。传感器通常会产生大量数据，这些数据需要一定时间才能得到正确处理和响应，因此产生延迟，降低了皮肤在现实使用中的有效性。

新型电子皮肤从人类周围神经系统处理皮肤信号中汲取灵感，以消除延迟和功耗：一旦人体皮肤接收到输入信息，在发送到大脑之前，周围神经系统会在接触点开始处理并将其简化为重要信息。

为了构建一种能够进行高效计算、类似突触反应的电子皮肤，研究人员将168个氧化锌纳米线突触晶体管网格直接打印到柔性塑料表面。然后，他们将突触晶体管，与人形机器人手掌上的皮肤传感器连接。

当传感器被触摸时，它会记录其电阻的变化：轻微的触摸引发微小的变化，而较重的触摸产生的效果也大。该输入旨在模仿感觉神经元在人体中的工作方式。

在早期的电子皮肤中，输入数据将被发送到计算机进行处理。在新型皮肤中，内置电路充当人工突触，将输入降低为简单的电压尖峰，其频率根据施加在皮肤上的压力水平，施加反应。该团队使用该电压尖峰的不同输出，“教”皮肤对模拟疼痛做出适当反应。例如，机器手掌触碰到尖锐物品会做出后退的反应。

研究团队认为这种电子皮肤可以用作下一代触敏机器人，例如，它可以防止机器人手臂触摸高温表面。

团队成员Fengyuan Liu表示，“在未来，这会成为更先进的电子皮肤的基础性研究，使机器人能够以新的方式探索世界，并与世界互动，或者制作能够达到接近人类触觉灵敏度水平的假肢。”

原文标题 : 新型电子皮肤使机器人「感觉疼痛」