能感知热度、疼痛与压力的机器人？新型"皮肤"使其成为可能

来自剑桥大学和伦敦大学学院（UCL）的研究人员开发出这种柔性导电皮肤，它易于制造，可熔融重塑成各种复杂形状。该技术能感知并处理多种物理输入，使机器人能以更具意义的方式与现实世界互动。

现有的机器人触觉解决方案通常依赖小范围嵌入式传感器，且需不同传感器检测不同类型的触摸。而剑桥与UCL团队研发的电子皮肤整体即传感器，更接近人体皮肤的感觉系统。

虽然该机器人皮肤灵敏度不及人体皮肤，但其材料中的超86万条微通道可检测信号，使单一材料能识别多种触摸与压力类型——如指尖轻叩、冷热表面、切割或刺穿造成的损伤、以及多点同时触摸。

研究人员结合物理测试与机器学习技术，帮助机器人皮肤"学习"识别最关键信号通路，从而更高效感知不同类型的接触。

除未来可应用于需要触觉的人形机器人或人类假肢外，研究人员表示该皮肤在汽车产业、灾难救援等多元领域均有应用潜力。研究成果发表于《科学机器人学》期刊。

电子皮肤通过将压力或温度等物理信息转化为电信号工作。多数方案需针对不同触觉类型（压力检测、温度感知等）嵌入多种传感器至柔性材料中，但这会导致传感器信号相互干扰且材料易损。

"采用不同传感器检测不同触觉类型会增加材料制造复杂性，"剑桥大学工程系首席研究员戴维·哈德曼博士表示，"我们希望开发出能在单一材料中同时检测多种触觉的解决方案。"

"同时需要低成本耐用的特性以适应广泛应用，"伦敦大学学院合著者托马斯·乔治·图鲁塞尔博士补充道。

他们的解决方案采用单类传感器实现多模态感知——即同一传感器对不同触觉产生差异化响应。尽管分离各信号成因存在挑战，但多模态传感材料更易制造且更坚固。

研究人员熔融具有弹性导电性的明胶基水凝胶，将其浇铸成人类手部形状。通过测试多种电极配置，确定最能有效获取不同触觉信息的方案。凭借导电材料的微通道，仅手腕处的32个电极即可在全手收集超170万条数据。

皮肤经多种触觉测试：热风枪加热、手指与机械臂按压、轻柔触摸、甚至手术刀切割。团队利用测试数据训练机器学习模型，使机械手能识别不同触觉的含义。

"我们能从这些材料中提取海量信息——它们可快速完成数千次测量，"在合著者饭田史也教授实验室从事博士后研究的哈德曼表示，"它们能在大表面积上同步监测多种参数。"

"当前机器人皮肤虽未达到人类皮肤水平，但我们认为其性能已优于现有方案，"图鲁塞尔指出，"与传统传感器相比，我们的方法更灵活、更易构建，并能通过人类触摸校准以适应多种任务。"

未来团队计划提升电子皮肤的耐久性，并在真实机器人任务中开展进一步测试。

本研究获三星全球研究拓展计划、英国皇家学会、英国研究与创新署下属工程和物理科学研究理事会（EPSRC）支持。饭田史也为剑桥大学基督圣体学院院士。