能感知热感、痛觉和压力的机器人？这种新型"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信号，使机器人能以更有意义的方式与现实世界互动。

现有机器人触觉方案通常依赖局部嵌入式传感器，且需不同传感器检测不同触觉类型。而剑桥与UCL团队研发的电子皮肤整体就是一个传感器，更接近人类皮肤的传感系统。

虽灵敏度不及人类皮肤，但该材料能通过86万条微小通路检测信号，使单一材料可识别多种触觉类型：如指尖轻触、冷热表面、切割或刺穿损伤、以及多点同时触碰。

研究者结合物理测试与机器学习技术，帮助电子皮肤"学习"识别关键信号通路，从而更高效感知不同接触类型。

除应用于需触觉的人形机器人或假肢外，该电子皮肤在汽车制造、灾难救援等领域均有潜力。研究成果发表于《Science Robotics》期刊。

电子皮肤工作原理是将压力或温度等物理信息转化为电信号。通常需在柔性材料中嵌入多种传感器（压力传感与温度传感分离），但不同传感器信号会相互干扰，且材料易损。

"多类型传感器导致材料制备复杂化，"剑桥大学工程系首席研究员David Hardman博士表示，"我们致力于在单一材料中实现多类型触觉同步检测。"

"同时需要低成本、耐用的解决方案以实现广泛应用，"UCL合著者Thomas George Thuruthel博士补充道。

其解决方案采用多模态感知技术：单一传感器对不同触觉产生差异化响应。虽信号溯源具有挑战性，但多模态传感材料更易制备且更坚固。

研究者将可拉伸导电明胶水凝胶熔融后塑造成人手形状。通过测试不同电极配置方案，确定最能有效捕捉多类触觉信号的布局。借助导电材料中的微通路，仅手腕处32个电极即可在全手采集超170万条信息。

皮肤经多场景测试：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，使机械手能解读不同触觉含义。

"我们可从材料中提取海量信息——它们能快速完成数千次测量，"在合著者Fumiya Iida教授实验室工作的博士后Hardman解释，"这些材料能在大表面积上同步监测多种参数。"

"虽未达到人类皮肤水平，但当前技术已优于现有方案，"Thuruthel指出，"我们的方法更灵活、更易构建，且能通过人类触觉校准适应多种任务。"

未来研究将着力提升电子皮肤耐用性，并在实际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、以及英国研究与创新署下属工程与物理科学研究理事会（EPSRC）资助。Fumiya Iida为剑桥大学基督圣体学院院士。