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研究人员开发了电子皮肤以赋予机器人和假肢以触摸感

2021年08月18日 益阳机械设备网

研究人员开发了电子皮肤,以赋予机器人和假肢以触摸感

独特的传感器系统响应速度比人类的触摸感快1,000倍,这是有史以来最快的电子皮肤

机器人和假肢设备可能很快就会具有相当于或优于人类皮肤的触觉,而异步编码电子皮肤(ACES)是由新加坡国立大学(NUS)的一组研究人员开发的一种人工神经系统。

新的电子皮肤系统实现了超高的响应速度和对损坏的鲁棒性,并且可以与任何种类的传感器皮肤层配对使用,以有效地用作电子皮肤。

国立大学工程学院材料科学与工程系的助理教授本杰明·泰(Benjamin Tee)及其团队完成了这项创新,这项创新成果于2019年7月18日在著名的科学杂志《科学机器人》上首次报道中国机械网okmao.com。

比人类的感觉神经系统快

“人类会利用触觉来完成几乎所有日常任务,例如拿起一杯咖啡或握手。如果没有它,我们甚至会在走路时失去平衡感。

同样,机器人也需要有一种触觉。为了更好地与人互动,但如今的机器人仍然无法很好地感觉物体。”

致力于电子皮肤技术的Tee助理教授解释说,他希望为机器人和假肢设备提供更好的触摸感。

NUS团队从人类的感觉神经系统中汲取了灵感,花了一年半的时间开发出性能可能更好的传感器系统。

尽管ACES电子神经系统可以像人类传感器神经系统那样检测信号,但它是由通过单个电导体连接的传感器网络组成的,这与人类皮肤中的神经束不同。

它也不同于现有的电子表皮,后者具有互连的布线系统,可使它们对损坏敏感,并且难以按比例放大。

信用:新加坡国立大学

Tee助理教授详细阐述了这一灵感,他还曾在国大电气与计算机工程系,国大卫生创新与技术研究院(iHealthTech),国立卫生研究院N.1和混合集成柔性电子系统(HiFES)任职该计划说:“人类的感觉神经系统非常有效,并且一直在我们经常认为理所当然的范围内起作用。

它对损害也非常有力。例如,我们的触觉不会如果我们能够模仿生物系统的工作原理并使之变得更好,我们将在主要应用电子皮肤的机器人技术领域取得巨大进步。”

ACES可以比人类感觉神经系统快1000倍以上地检测触摸。例如,即使有大量传感器,它也能在不到60纳秒的时间内区分不同传感器之间的物理接触,这是电子皮肤技术有史以来最快的速度。

支持ACES的皮肤还可以在10毫秒内准确识别物体的形状,质地和硬度,比眨眼快十倍。这是通过启用高保真的ACES系统和捕获速度。

ACES平台还可以设计成对物理损坏具有很高的鲁棒性,这对于电子皮肤来说是重要的属性,因为它们经常与环境进行物理接触。

与用于互连现有电子皮肤中的传感器的当前系统不同,ACES中的所有传感器都可以连接到公共电导体,并且每个传感器独立运行。只要传感器和导体之间只有一个连接,启用ACES的电子皮肤就可以继续工作,从而使它们不易损坏。

适用于机器人和假肢的智能电子皮肤

ACES的简单接线系统和出色的响应能力(即使传感器数量不断增加)也是关键特性,将有助于在机器人,假肢设备和其他人机界面中推广用于人工智能(AI)应用的智能电子皮肤。

Tee助理教授解释说:“可伸缩性是至关重要的考虑因素,因为需要大块的高性能电子皮肤来覆盖机器人和假肢设备相对较大的表面积。” “ ACES可以轻松地与任何种类的传感器皮肤层配对,例如设计用于感测温度和湿度的那些,以创建具有卓越ACE感的高性能ACES功能电子皮肤,可广泛用于各种用途,“ 他加了。

例如,将ACES与Tee教授团队最近开发的透明,自修复且耐水的传感器皮肤层配对,可以创建可以自我修复的电子皮肤,例如人的皮肤。这种类型的电子皮肤可用于开发更逼真的假肢,这将帮助残疾人恢复触摸感。

其他潜在的应用包括开发更智能的机器人,这些机器人可以执行灾难恢复任务或接管平凡的操作,例如包装仓库中的物品。因此,NUS团队希望在下一阶段的研究中将ACES平台进一步应用于高级机器人和假肢设备。