机器人|“一束光”让机器人也能拥有触觉？?之江实验室这项技术惊艳世界( 二 ) 光纤|传感器

模仿人类触觉系统的工作原理，手部触觉可以增强机器人物体识别和灵巧操作的能力，体表触觉可以让机器人在人机共存时具备更好的协作性和安全性，而足底触觉则可以提高机器人的平衡性、机动性和适应性。
具有类人触觉感知功能的机械手周立超摄
“传感器是机器人从环境中获取信息的媒介，感知是智能机器人工作闭环中的第一步。 ”之江实验室类人感知研究中心研究专员余龙腾告诉记者，团队巧妙地将整个过程拆分开来，分门别类进行处理。在传感器的设计上，他们采用微纳光纤等敏感材料去感受外界的刺激，产生的信号经过标准光纤传输到计算机，由计算机来处理并给出反馈指令。
在机器人的实际应用中，为了实现灵巧操作和触觉反馈等过程，力感应和滑动检测功能至关重要，一款柔性触觉传感器应运而生。
记者在现场看到，该传感器拥有类似指纹的沟壑表面，以及不同软硬的多层结构，和人类手指皮肤的结构特征非常相似。 “凭借这些设计特点，当传感器与不同形状和材料的物体接触时，它可提供与抓握和滑动相关的有用信息。 ”余龙腾说。
除了感知力信号外，皮肤还可以感知热觉、冷觉、痛觉等多种触觉类型，这要归功于皮肤中4种感知不同类型刺激的感知小体。
温度感知能力是团队在触觉感知上的另一个突破。在实验中，将微纳光纤传感器布置在机械臂指尖，它可以对不同冷热的咖啡进行识别和操作。
机器人先用手指依次从冷、温、热三杯咖啡上方掠过，微纳光纤传感器以非接触方式感知咖啡温度，从而让机器人判断所需咖啡位置。盛放咖啡的杯子柔软易变形，机器人借助微纳光纤的力传感控制抓力，保证杯子被稳稳抓起而不会溢出咖啡。
之江实验室类人感知研究中心研究专员肖建亮告诉记者，虽然类人触觉传感器目前还达不到人体的智能程度，但在部分感知上可以做到超越人类极限， “一粒花粉落在皮肤上面，我们人体是感觉不到的。但对于类人触觉传感器来说，其灵敏度和分辨率可以设计到足够高，感受到常人感受不到的东西。 ”
监测生理信号的“守护者”
想象一下，未来人们只需携带一个几平方厘米大小的传感器，医生就可以在办公室里第一时间看到准确的生理信号，根据人们的健康状况制定相应的措施，那是多么方便的一件事。
机械手灵巧操作，借助触觉反馈稳定抓取易变形常见物品周立超摄
记者了解到，利用微纳光纤制备的触觉传感器和我们印象中的传感器有明显的不同，它具有良好的柔韧性，可以穿戴在人们身上。通过对微弱压力、应变、温度和湿度参量的高灵敏度和快响应的感知，可实时监测我们的脉搏和血压等信号的变化。
“通常情况下，压力、温度、湿度等信号会存在串扰，因此难以准确有效地提取生理信号。 ”张磊说，针对人体生理信号的健康监测，团队对传感器结构做特殊设计，使它可以感受到0.01℃的皮肤温度变化；同时为了进一步提升微弱生理信号的监测能力，研制出灵敏度达102 kPa-1的高性能应变传感器，实现了对声音和指尖脉搏的实时监测。
在我国人口老龄化程度加深的背景下，这种传感器可以让未来的医护人员更好地在远程监测老年人或病患的生理信息，更及时地给需要帮助的人提供医疗服务。可以说，触觉感知研究团队的工作让科技的力量能够成为照进我们生活里的“一束光” 。
此外，为发展触觉再现技术，使器件在具备“感知”能力的同时具备“执行”能力，团队以微纳光纤为核心，构建了用于智能柔性抓取的光波导型软体致动器。