知疼痛、有触觉、自修复,电子皮肤还有哪些超越人类的功能?

人工智源库 2022-06-30

电子皮肤触觉机器人

1362 字丨阅读本文需 5 分钟

机器人具有“疼痛感”!这听起来可能有点令人不安。据外媒报道,英国格拉斯哥大学最新研制出一种新型电子皮肤,可以模拟人类的疼痛感。研究人员表示,装配智能电子皮肤的机械手表现出非凡学习能力,能对外界刺激做出反应。

研究人员将由氧化锌纳米线制成的168个突触晶体管网格直接打印在柔性塑料表面,之后他们将突触晶体管与人形机器人手掌上的皮肤传感器连接起来。当机器人手掌接触其他物体时,皮肤传感器会记录其电阻变化,轻微触摸对应小的变化,而较生硬的触摸会产生较大的变化。科学家称,这种感官输入是为了模仿感觉神经元在人体中的工作方式。

科学家称,这项最新研究将成为未来更先进电子皮肤系统的理论基础,机器人能以崭新的方式与世界互动,不断拓展人类探索领域,新型机器人手掌可达到类似人类的触摸灵敏水平。该研究报告发表在近期出版的《科学机器人》杂志上。

近似人类“触觉”的机器人,已经不远了

如果没有皮肤,我们将失去触觉、无法感知冷暖和疼痛。皮肤不仅是器官的保护壳,还是生存所需的信号系统。可以把皮肤比作是触觉感受器,它紧密地分布在整个皮肤上,并将触觉、温度等转化为信号,传递给大脑。

电子皮肤(e-skins)则是模仿人类皮肤的柔性电子设备,它由轻薄、透明、柔性、可拉伸的材料制成,方便地贴合于人体皮肤表面,实现人工触觉。

一直以来,科学家们在努力将自身具备的全部感官“复制”到机器人身上,但机器仍缺乏一些极其关键的能力,其中就包括人类精密而完善的触觉。

1、可阻燃能预警的电子皮肤来了

上海科技大学物质学院凌盛杰课题组和合作者在基于蚕丝蛋白纳米纤维的离子导体皮肤研究上取得进展。他们通过采用高效的气流辅助静电纺丝方法制备出了具有优异阻燃效应和火情预警功能的蚕丝纳米纤维/石墨烯多功能电子皮肤。

2、比皮肤还灵敏的“智能皮肤”

奥地利格拉茨技术大学固态物理研究所研究员Anna Maria Coclite通过一种新工艺,成功开发出用于下一代人工电子皮肤的3合1混合材料“智能皮肤”。这种“智能皮肤”与人类皮肤非常相似,它可以同时感知压力、湿度和温度,并产生电子信号。特别是,机器人和智能假肢将从中受益,拥有更好的集成和更精确的传感系统。

3、自修复多功能电子皮肤

吉林大学张彤教授课题组选择生物兼容性良好的纤维素纳米纤维/聚乙烯醇(CNF/PVA)复合材料与各种碳纳米材料复合,通过丝网印刷法制备了具有自修复能力的多功能电子皮肤,可实现对应力、温度、湿度的监测。

4、可检测皮肤癌发展,还能防汗

美国麻省理工学院研究人员研发出一种防汗“电子皮肤”,这是一种嵌入传感器的黏性贴片,可用于长期持续监测佩戴者生命体征和皮肤癌等疾病的发展。即使出汗,传感器也不会出现故障或脱落。

5、电子皮肤可隔空操作电脑

清华大学团队的电子皮肤新技术登上著名学术顶刊Science的子刊Science Advances封面。该技术开创柔性电子器件布局新思路,未来可能用于可穿戴设备、体感鼠标等多种领域。

该柔性电子器件技术兼顾了弹性拉伸能力和足够的功能密度,使用该技术研制的柔性材料拉伸弹性为20%,IC面积覆盖率为110%,与人体皮肤有类似的高透气性和仿生机械响应能力。

对于Coclite来说,具有这种多感官特性的材料是智能人工材料技术中的一个“圣杯”。

人工电子感官技术作为传感器研究的一个重要领域,应用范围大且前景广阔。这也为相关领域的公司带来更多机遇,目前国内已有汉威科技、北矿科技等上市公司进行相关领域的布局,随着市场需求的不断增加,人工电子感官行业的创业投资前景呈现利好。

随着电子皮肤等人工电子感官技术的发展,未来势必面临巨大的市场需求,要想让科技实现更多可能,则需要学术界及相关领域的通力合作。

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