日本为机器人披上“人皮”,防水又能自愈伤口,机器人取代人类还有多远?

传感器智造师 2022-12-30
1798 字丨阅读本文需 5 分钟

2022年6月,日本东京大学研究所的科学家们宣布,他们利用人类皮肤的细胞研制出了一种拥有“活体皮肤”的机器手指,既能防水又能自愈伤口,仿生技术再次升级。

1、日本科学家将人体皮肤应用在机器人手上

那么,日本科学家真的为机器人披上“人皮”了吗?为什么他们总是专注于将机器人变得越来越像人呢?

可能是由金属制成,看起来十分的冰冷坚硬,与人类有着显著的区别,不过它们能够辅助或者帮助我们完成某些工作,为我们服务。

事实上,冷冰冰的外表早已是机器人的过去式了,因为在如今的世界,仿生机器人才是主流趋势。所谓的仿生机器人其实是机器人发展的高级阶段,它们相较于从前,会更像“生物”,甚至拥有人类的某些特征。

日本算得上是研制此类机器人较早的国家,它们在1973年的时候就开始将宏观仿形和运动仿生放到了机器人研制领域,并且到了本世纪初,就将机电系统和生物性能进行了结合。

在这种情况下,日本的机器人产业发展的越来越好,同时他们制造出来的机器人也与真正的人类越来越相似。比如之前日本曾推出过拥有智能语音功能的“美女机器人”,其外表看起来和人类非常像,若是不凑近看都难以发现端倪。

并且,这些机器人的功能也越来越强大,比如能够与人们进行流畅的沟通,可以帮人做家务或者做饭等等。为了满足客户的需求,他们甚至还打算给某些特殊的机器人开发出“怀孕生子”的功能,引发了社会热议。

不少人觉得日本研制的这些机器人,看起来实在是有些“瘆人”,因为它们似乎已经脱离了机器人的范畴。不过,对仿生机器人有着极大兴趣的日本科学家并不在意外界的看法,所以他们甚至打算为机器人披上“人皮”,使其看起来更像人一些。

2、电子皮肤是什么?

它是一类可以将外界刺激转化为电信号的传感器,而跟很多传感器不一样的地方在于,电子皮肤比较柔软(更利于安全交互),尽管其他传感器也能把外界的一些刺激转化为电信号,但它所用的材料大都较硬,在很多应用方面会受到限制。

电子皮肤一个很重要的特点就是能进行力信号、外物识别两方面的传感,另一方面它也能进行健康与运动监测。

总结来说,目前电子皮肤有两大应用平台:监测人体健康(需要进行人和电子器件的融合研究)和机器人触觉(需要提升机电性能)。这些研究不仅涉及电子皮肤本身,还包括电子信息、AI 等多领域的交叉融合。

比如说我们正在做关于人的假肢各方面的研究。现在的假肢多是用类似于金属的材料做的。未来我们希望使用像人一样软的材料,这种假肢具有反馈、处理功能,人能通过它像我们人手一样感知物体。

这个信号不能到假肢就停了,它最终要传到人的大脑。其中一个方式是通过其他地方的皮肤刺激,或者是直接通过神经,当然后面这种技术是比较困难的。另外,这种假肢甚至能进行一些额外的健康监测。未来他们可能会做类似这样的系统,并已经做了相关技术储备。然后,电子皮肤帮助机器人做处理,也是其一项主要工作。

关于电子皮肤这种传感器目前面临的一些问题,首先这其中应用最为广泛的一类是电容型传感器,一般它是两个柔性电极中间加一个介电层。该介电层是一个软材料,一般越软的材料在发生形变的时候,它的体积不会变化(不可压缩性)。这就会影响到器件的灵敏度。

另外,若软材料形变更快可以压缩,便会有较强的黏粘性,从而影响到器件的响应速度。

那怎么解决这两个看似矛盾的问题?据了解,2010 年,斯坦福大学化学工程系教授鲍哲南引入了微结构,提升了软材料的响应速度和灵敏度。微结构之间的空隙是空气,空气可以压缩,所以它可以提高材料的压缩性,增强其发生形变的能力。

3、电子皮肤到底牛在哪?

简单来讲人类需要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。同样,机器人也需要“触觉”才能更好与人类互动。电子皮肤就是帮助机器人产生“触觉”的电子设备,它里面的传感器可以模拟人类的神经末梢,反应速度甚至可以超过人类的感觉神经系统,灵敏度也非常高,一只小蚂蚁从上面爬过,它都能知道。

国内的科技型企业,涉足电子皮肤领域的企业虽然不多,但是也已经取得了不小的成就,这其中就包括汉威科技子公司苏州能斯达,他所研发的柔性纳米仿生电子皮肤,是基于纳米智能材料和仿生感知能力的柔性智能感知器件,可应用于可穿戴设备、医疗健康及消费电子领域。此外,能斯达在脑接口传感器与触感手套上也有所布局。据了解,微软计划明年推出虚拟现实的头盔和手套,目前能斯达的电子手套主要用在军工领域,在元宇宙方向应用有一定优势,能斯达也将根据市场情况考虑开发元宇宙方面的电子手套。

对苏州能斯达的投资可谓是兵行险招,却也是出奇制胜。投资以后连亏了七年,第八年才盈利!在柔性传感器方面,苏州能斯达已经实现了量产,未来,在元宇宙及人工智能的发展推动下,智能仿生电子皮肤脑机接口等技术还将会迎来更大的突破,届时,机器人虽不能取代人类,却能更好地为人类服务。

文章来源: DeepTech深科技,答案在这儿,秒懂IOT

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