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触觉是人类与外界交互的重要感官。机器人是否能像人类一样通过皮肤感受世界，这是一个科学家们在不断探索并为之奋斗的命题。
近日，中国研究团队在这方面取得重大突破，成功研究出一种仿人指纹的传感系统，通过模拟人类指纹的微结构特征，实现滑觉的高分辨检测，能够识别不同材质表面的细微差别，进而分辨如斜纹布、羊毛、灯绒芯等细腻质地。
这项成果为赋予机器人和人类义肢更精细的触觉反馈和细腻感知能力奠定了基础，将在机器人技术和相关产业发挥重要作用，并有望应用于虚拟现实。
工作原理：模拟指纹特征的柔性滑觉传感器
这项机器人技术重要突破，由论文通讯作者、南方科技大学郭传飞教授和同事等合作完成。
据研究团队介绍，人类在抚摸物品表面时，能通过静压力和高频振动来辨别物体，而之前的工触觉传感器方法只能基于触觉或多重传感器来识别物品，对于已有的系统难以实现对精细结构的识别与分辨，在开发高分辨、高灵敏度的人工传感系统其实一直存在不小的挑战。
这种仿人指纹的触觉传感技术的核心是一个柔性的滑觉传感器，研究团队已经将这一触觉技术系统集成到一个仿生人工手掌上。当这只仿生手抚摸物体时，可以实时感受和分析表面的材质变化，实现“知觉触觉”。
通过机器学习算法分析这些丰富的触觉信号，研究团队发现该传感器能识别包括亚马、尼龙、泡泡纱等20种不同材质，并且识别准确率可达100%。
相比传统的简单接触或压力传感器，仿人指纹滑觉传感器可以提供更为丰富和灵敏的交互信号，这种传感器模拟了人体指纹对表面形状和纹理的感知机制，是新一代生物启发式传感器的典型代表。
不仅如此，这项技术通过后续的进一步研究，将有助于提高机器人的感知能力，并有望应用到假肢领域。未来佩戴仿生義肢的患者，也许可以借助类似的微纹理触感器，实现对物体表面和自己身体位置的感知，从而恢复基本的触觉功能。
当前机器人触觉技术面临的挑战
尽管科研团队在机器人触觉传感器上取得了一定的进展，但要实现和人体皮肤相似丰富性能的“电子皮肤”，离实用化、泛用化目标还有很长的路要走。
首先是对多模态复合信息的感知能力。人体的触觉系统可以同时感受压力、振动、温度、痛觉等多种类型的刺激，并将这些刺激整合在大脑，产生对外界交互的综合知觉，这是非常复杂的生物信息处理，而现有的机器人触觉系统多停留在对单一模态信息的检测，整合多源信息的能力非常有限。
其次是灵敏度和响应速度。要让机器人拥有类似人类整个手掌甚至全身皮肤的触感覆盖和联动，在材料、信号采集和算法等环节还面临许多瓶颈。
再有就是可靠性和环境适应性。现实生活中不同温度、湿度、静电环境都会对触觉传感器的性能产生较大影响，而泛用化的机器人系统需要7*24小时持续高效可靠地工作，这对触觉系统的稳定性提出了更高要求。
除此之外，成本效益也是必须考虑的因素。目前各种新型传感器由于制作复杂，限制了其大规模商用应用，只有在保证一定性能的前提下大幅降低成本，这些前沿技术成果才能真正惠及社会。
面向未来的机器人触觉技术
尽管当前的技术还不够成熟，但科学家们对机器人触觉技术的未来前景还是抱有很大期待。研究团队表示，这项技术除了可用于人形机器人的精细触觉，还可以延伸至虚拟现实领域，结合虚拟环境的视觉和听觉体验，大幅提升用户的沉浸感。
当机器人和各类智能系统拥有更精细、更丰富的触觉反馈后，将对人与机器的交互模式产生深远影响。我们有理由相信，未来的人机交互定将更将真实、自然、智能。
浙公网安备 33010602000006号
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