近日，不列颠哥伦比亚大学和本田研究人员共同打造的“机器人皮肤”问世，该皮肤由智能新型软传感器打造，具备高度灵敏和可拉伸特性。这项最新研究将为机器人和康复医疗（假肢）市场带来广阔的应用前景。

新型软传感器的研发可以让机器人肢体或假肢具备可调节特性，并通过传感器来实时反馈触摸力度，帮助机器人完成更加复杂的手部操作。比如从桌子上拿起一个鸡蛋而不至于捏碎它。研究人员表示，通过新型软传感器打造的“机器人皮肤”就像人类皮肤一样，具备触觉特性柔软且灵敏，相比目前市场上的无功能感知的替代假肢，更有推广价值。

“机器人皮肤”最大的难点是什么？

让机器人来帮我们倒水，实现的可能性大吗？接触杯子、开始倒水、判断接水量、接几分满、送到指定位置、放下杯子。这些我们再平常不过的操作，对智能机器人而言，能否精准操作绝对是个考验。成功与否，智能机器人的“皮肤”，也就是触觉传感器在当中起了至关重要的作用。当一款适合的柔性传感器贴附于机器人的手时，机器人整个倒水过程就可以精确地被检测到，以此辅助它进行类人的高灵巧操作。

当前，在智能机器人动态力检测应用中，常常使用压电式柔性触觉传感器，但传统的压电式柔性触觉传感器灵敏度受限于自身灵敏度理论极限值。也就是说，智能机器人的“皮肤”从接受到指令到执行操作的灵巧度并不如人意。

受节肢动物结构组成的启发，过去科研工作者提出的这种仿生型“刚柔并济”柔性触觉传感器，不仅可以提升柔性材料的力传递效率，而且颠覆了传统压电式柔性触觉传感器的工作模式，使传感器灵敏度得到显著提升且可达到理论极限值的17倍，并具有5−600 Hz宽带宽、0.009−4.3 N线性检测范围和实时力方向识别的优异性能。

也就是说，有了该传感器，智能机器人的操作会更灵巧，也会更灵敏地感知外界作用力的大小和方向。未来，该触觉传感器不仅适用于智能机器人，也有望在医疗、汽车、可穿戴设备等领域进行运用。

突破性“机器人皮肤”是啥样的？

UBC团队负责人Mirza Saquib Sarwar 博士表示：“我们的传感器可以感知多种类型的力，使假肢或机械臂能够灵活而精确地响应触觉刺激。比如，我们的机械手臂可以轻松握住鸡蛋或装有水的纸杯，确保他们不会碎掉和掉落。”据悉，Mirza Saquib Sarwar此前在UBC 应用科学学院从事电气和计算机工程工作，在攻读博士学位期间设计了这款新型软传感器。

从公布的研究画面可以看到，这种传感器主要由硅胶构成，而硅胶又广泛地应用于好莱坞电影的皮肤特效。该团队将“机器人皮肤”设计成具备弯曲和褶皱的功能，从视觉上更接近人类的皮肤。

UBC先进材料和工艺工程实验室 (AMPEL) 负责人、电气和计算机工程教授 John Madden 博士说道：“我们使用的传感器采用弱电场来感知物体，类似于我们使用平板电脑的触摸屏效果，但又与触摸屏不同，因为我们的传感器非常柔软，能够对介入的力进行有效的分析与感知，从而能够更加精准地对力度进行操控。”

这项最新的研究技术是由UBC团队与本田研究所Frontier Robotics合作开发的，本田是最早开始研究人形机器人的公司，旗下开发了著名的ASIMO机器人，此外还开发了康复外骨骼机器人和本田阿凡达机器人。

与其他造价高昂的传感器不同，UBC团队研发的新型软传感器制造起来非常简单，并且成本并不高，从而很容易将它进行批量化生产。Mirza Saquib Sarwar博士指出：“新型软传感器打造的机器人皮肤，具备更真实的触摸感知能力，但我们也要更清楚一点，那就是人类皮肤手指上的感应细胞要比我们的技术强百倍，因此，人类的手臂进行更加复杂的操作，比如点燃火柴而不烧伤自己的手指，缝补衣服而不会让针头刺进手指，这些都是目前软传感器要努力解决的方向。相信随着人工智能的到来，有望弥补传感器在认证这一领域的短板。”

全身“人造皮肤”使感知力提升

开发机器人皮肤的最大障碍一直是计算能力。人体皮肤约有500万个受体，实现来自人造皮肤中传感器的数据的连续处理的能力很快就会达到极限，所以以前的系统很快就被数百个传感器的数据所淹没。

为了克服这个问题，Gordon Cheng和他的团队使用NeuroEngineering方法不连续监视皮肤细胞，而是使用基于事件的系统进行监视，这样最多可减少90%的处理工作量。这其中的关键是：仅当值更改时，各个单元才从其传感器传输信息。这类似于人类神经系统的工作方式。例如，当我们第一次戴上帽子时，我们会感受到这顶帽子，但是我们很快就会习惯这种感觉，直到风将其从我们的头上吹走之前，我们不容易注意到帽子。这使我们的神经系统专注于需要身体反应的新印象。

由Gordon Cheng教授及其团队开发的人造皮肤由六角形细胞组成，其大小约为2欧元硬币(即直径约1英寸)。研究人员称，“每个都配有微处理器和传感器以检测接触时的加速度和温度等。这种人造皮肤使机器人能够更详细，更灵敏地感知周围环境。这不仅帮助他们安全移动，也使它们在人附近操作时更安全，并使他们能够预测和积极避免事故发生。”

通过基于事件的方法，Cheng教授及其团队现在已经成功地将人造皮肤应用于不依赖任何外部计算的人类大小的自主机器人。H-1机器人的上身，手臂，腿部甚至脚底都装有1260个单元格(带有13000多个传感器)，这给它带来了新的“身体感觉”。例如，H-1的脚能够灵敏到应对不平坦的地面，甚至可以平衡一只脚。

H-1具有特殊的皮肤，甚至可以安全地拥抱一个人。这听起来并不简单：机器人可能施加会严重伤害人类的力量。在拥抱期间，机器人和人的身体有着很多部位的接触，机器人必须使用一些复杂的信息来计算正确的运动并施加正确的接触压力。Gordon Cheng解释说：“这在工业应用中可能不那么重要，但是在护理等领域，必须设计与人类接触非常紧密的机器人。”