机器人活了？电子皮肤自己产生能量，还能预判物体接触
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2020-12-18 18:27
在人工智能和机器人技术不断发展的今天，机器人的功能已经越来越丰富，但它们看起来仍然“很假”。除了深层的技术原因之外，这些机器人的皮肤就和人类又很大不同，它们没有温度，没有触觉，也就不能对外界作出反应。
最近，英国格拉斯哥大学的科学家们展示了一种创新的电子皮肤，具有触摸和接近感应能力，而且无需使用专用的触摸传感器。
电子皮肤无需触摸就能判断物体接触，还能自己“发电”
复制人类的触觉是复杂的，电子皮肤需要灵活、有弹性、对温度、压力和纹理敏感，同时它们还需要能够读取生物数据并提供电子读数。因此，如何实现电子皮肤的连续、实时使用是一个很大的挑战。
为了解决这个问题，格拉斯哥大学的研究人员开发了一种由微型太阳能电池制成的能量发电电子皮肤，不需要专用的触摸传感器。这种太阳能电池不仅可以自己发电，还可以产生一些多余的能量，而且还可以触摸和接近感应。他们的研究成果的早期论文已经发表在 IEEE 机器人学会期刊上。
当暴露在光源下时，电子皮肤上的太阳能电池就会产生能量。如果电子皮肤上的一个单元格被接近的物体遮挡，则光的强度以及因此产生的能量会降低，当单元格与物体接触并确认触摸时，其强度会降低至零。
在接近模式下，机器人的电子皮肤会通过光强度判断物体与皮肤的距离。格拉斯哥大学 James Watt 工程学院 Bendable 电子和传感技术小组的 Ravinder Dahiya 说：“机器人可以通过电子皮肤对比光的强度，并且在校准之后判断与物体的距离。”现在，研究小组正在利用带有太阳能电池的红外发光二极管进行接近感应，以获得更好的结果。
为了演示他们的概念，研究人员将一个普通的 3D 打印机器人手包裹在他们的太阳能皮肤中，然后记录下它与周围环境的互动。
概念验证试验表明，从机械臂的手掌中可以获得 383.3 mW 的能量盈余。他们在论文中写道: “如果整个身体区域都覆盖了电子皮肤，则可以产生 100 W 以上的功率。”
Ravinder Dahiya 表示，对自动化的、电池供电的机器人来说，安装一个消耗能量的电子皮肤是一个大问题，因为这会减少机器人可操作的时间。但如果电子皮肤本身就可以产生能量，那就可以延长机器人的运行时间。Ravinder Dahiya 说：“从本质上讲，这项研究做到了把如何为机器人的大面积皮肤供电变成了一种可以产生能量的资源。”
电子皮肤的多种用途，汽车“穿上”可以提前感应障碍物
除了在机器人技术方面的明显应用之外，Ravinder Dahiya 还设想了众多应用可能。因为它具有材料集成的传感能力，在医疗领域可以用在假肢上。Ravinder Dahiya 说：“们使用太阳能电池作为触摸传感器本身，不仅可以使它比其他电子皮肤体积更小，有利于制造重量和尺寸最佳的假肢，还能领先一步预测物体的接触，这也可以有效的减少脑机接口中经常出现的时间延迟问题。”
在自动化部门也有应用的可能，特别是在电动和交互式车辆方面。一辆覆盖着太阳能电子皮肤的汽车，因为它的接近感应能力，将能够“看到”一个接近的障碍物或一个人。
Ravinder Dahiya 解释说：“这不是生物学意义上的’看见’，而是从机器的角度。这可以集成到其他对象，而且不仅仅是汽车，包括体感游戏、手势控制等各个领域都可以应用。”
目前，电子皮肤的测试还是在实验室中单一的光源下进行的，照度为 650 勒克斯。但 Dahiya 认为如果他们能够使用电子皮肤可以区分的多种光源，那么就有了更多有趣的可能性。他说：“我们正在探索不同的人工智能技术，以创新的方式处理数据，这样我们就可以识别光源的方向和物体。”
研究团队的成果使我们更接近灵活的、可持续使用的、成本效益高的电子皮肤，不仅可以触摸，还能“看到”物体。
不过，这个项目目前仍存在一些挑战，其中之一就是灵活性。Dahiya 表示，他们正在研究基于纳米线的太阳能电池，希望在能量和传感功能方面实现良好的性能。
希望未来这种电子皮肤可以应用在更多方面，为交互方式带来更多可能。
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