電子皮膚獲創新，機器人和假肢可擁有特殊觸覺

新加坡國立大學的研究人員為電子皮膚開發了一款反應靈敏、「健壯」的人工神經系統。

eurekalert.org網站7月18日報道，新加坡國立大學（NUS）材料科學與工程助理教授Benjamin Tee的團隊開發了一款新型人工神經系統——非同步編碼電子皮膚（ACES）。ACES具有超高的損傷響應能力和耐用性，可與任何類型的感測器皮膚搭配使用，有望使機器人和假肢設備具備與人類皮膚相當、甚至更好的觸覺。相關成果刊登於《科學機器人》雜誌。Tee說：「人類藉助觸覺完成大量日常工作，例如端起咖啡或握手。如果沒有觸覺，人類甚至可能失去走路時的平衡感。與之類似，機器人也需要有良好的觸覺來保證它們與人類更好地交流。然而直至今日，機器人對人類來講還是不夠友好。」Tee一直致力於電子皮膚技術的研究，他希望能讓機器人和假肢設備具備更好的觸覺。

Tee的團隊從人類的感覺神經系統中汲取了靈感。他們花了將近一年半的時間開發了ACES。ACES可以像人類的神經系統那樣探測信號，但與人類皮膚上中的神經束不同，它是由單一導體連接的感測器網路構成的。ACES與現有電子皮膚的顯著區別在於，它沒有相互纏繞、連接的布線系統，因此靈敏度更高，也更容易擴大化。Tee解釋說：「人類的感官神經系統不僅效率很高，還非常健壯。例如，當我們被割傷時，觸覺不會因此受到太大影響。因此，如果我們能夠模仿人類的生物系統工作原理，那麼機器人領域將取得巨大進步。」

ACES具有高保真度和超快檢測速度，其檢測觸摸的速度大約是人類感覺神經系統的1000倍。它能夠在不到60納秒的時間內區分不同感測器之間的物理接觸，這是目前電子皮膚技術史上最快的速度。啟用了ACES的電子皮膚還能在10毫秒內準確識別物體的形狀、紋路和硬度，這一速度比眨眼速度還快近10倍。ACES平台還具備很強的穩定性。由於電子皮膚經常與環境進行物理接觸，受到物理損傷的可能性很大。與現有電子皮膚不同，ACES中的所有感測器都是與通用導體相連，每個感測器的工作是相對獨立的。因此，只要感測器和導體之間還存在連接，ACES就還能保持工作。

ACES簡單的布線系統和出色的響應能力，使其具備良好的擴展性。Tee解釋說：「可擴展性是我們需要考慮的重要因素。大型高性能電子皮膚需要覆蓋的面積很大，而ACES可以很輕鬆地與任何類型的感測器皮膚配對。例如，溫度、濕度感測器與ACES搭配後，電子皮膚會有更廣泛的用途。」

此外，ACES還有望與自愈、防水皮膚結合，組成可自我修復的電子皮膚，幫助殘疾人恢復觸覺。其他潛在的應用方向還包括救災機器人和倉庫機器人等。NUS的研究人員希望在下一階段的研究中將ACES平台應用於更加先進的機器人和假肢設備。

科界原創

編譯：雷鑫宇

審稿：alone

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