近日，中科院合肥物质科学研究院合肥智能机械研究所推出了一款最新的机器人“人工皮肤”，这是一种能够连续感测到三维力的新型“皮肤”。请关注——
如同人可以通过触觉来感知外界事物一样，触觉也是机器人感知外部信息的重要手段。如今，设计研制更加智能的机器人是目前智能化研究的一个重要方向，而触觉传感器（“人工皮肤”）的研究是其中的一项重要内容。目前对类皮肤多维触觉传感器有迫切需求的仿生机器人来说，既要求触觉传感器能够敏感准确地感知外部环境，又要求其足够柔软，使机器人可以灵活运动。
近日，合肥智能机械研究所和合肥工业大学联合研制成功一款新型的“人工皮肤”，这是我国首次研制出的用于监测“三维力”的机器人触觉传感器。这种皮肤有什么样的优势？可以在哪些方面得到应用呢？
新型“人工皮肤”不同凡响
所谓可以检测三维力的“人工皮肤”，即，可以实时的检测具体的受力点和三个方向的力，它不仅包括垂直方向的压力，而且还包括侧向的摩擦力。它综合应用了材料科学、纳米技术、传感技术和人工智能理论。
“‘人工皮肤’是一种用于智能机器人的‘皮肤’，它能为机器人提供触觉信息，是一种类皮肤的阵列触觉传感器，其可以感觉到外界施加在‘皮肤’上的力信息。”中国科学院合肥智能机械研究所研究员葛运建介绍说，“我们研究出来的‘人工皮肤’之所以不同凡响，是因为其可以连续检测作用在它面上的来自多个方向的力信息。”
“与前代的机器人‘人造皮肤’不同，以前的机器人皮肤或只能检测一维力，即来自一个方向的力。要达到能检测三维力，‘人造皮肤’则是由一块一块单独的传感器单元附着在一个柔性材料上组成的，就如同古代士兵穿的盔甲，每一个传感器单元都不是柔性的，也不能实现完全的连续测量。这次推出的这种新型‘人造皮肤’，没有单独的传感器单元，传感器阵列是一个整体，就像是乒乓球拍上的海绵和汽车的轮胎，整体上非常柔软，可以扭转和拉伸打破了‘铠甲’式阵列传感器的缺陷，打个比方就像是乒乓球拍上的海绵和车带的轮胎，是一种完全新型的三维柔性阵列触觉传感器。”葛运建说。
葛运建进一步解释说：“新型‘人工皮肤’的基体材料是一种新研制的可以流动成型的导电胶，制作工艺就好像浇注建房子的预制板，先搭建一个钢筋的骨架，然后再灌入水泥和沙子使其成为一个整体，‘人工皮肤’就是在上下两层布置了网格一样的导电节点，中间灌入新型导电胶。”
国内外没有相似的研究报道
据了解，目前这一领域研究十分活跃，国外美、英、日等发达国家非常重视机器人“皮肤”的研究工作。国内一些院校研究所如清华大学、西安电子科技大学和哈尔滨工业大学机器人研究所也先后开展了这方面的研究工作，但研究出的传感器均没有真正达到兼有人类皮肤的柔韧性和多维敏感性特征，且具有造价昂贵、信号处理复杂、柔性差、不适合大面积连续测量、制作工艺要求高等问题。
合肥智能机械研究所的这项成果不仅可以实现机器人既能敏感准确地感知外部环境，又能灵活自如地运动，与人安全自然的接触交互，在具有良好压敏特性的仿人体皮肤、利用纳米材料对仿人体皮肤进行改性从而提高其多项性能、整体多层阵列式多维触觉传感器的结构设计、建立多维力特征信息的处理模型、引入量子力学中的同伦算法实现新型柔性触觉传感器大规模阵列结构的解耦算法等方面，均取得了突破性研究成果。“目前类似的做法和成果，在国内外还没有见过相似研究的报道。”
未来的应用前景广阔
“在863重点项目‘可穿戴型助残助老智能机器人示范平台’中，‘人工皮肤’在其中的主要作用是起到力度检测的作用，将‘人工皮肤’固定在老年人或者残疾人的膝关节上，在助力机器人帮助老年人或残疾人进行膝关节运动时，人工皮肤可以为助力机器人提供老年人或残疾人膝关节所承受的力和弯曲程度信息，为助力机器人提供发力帮助，使得在助力机器人帮助下的残疾人和老年人的活动更舒适顺畅。”葛运建介绍说。
在应用上，“人工皮肤”还可以用来协助运动员进行锻炼，在北京奥运备战期间，智能所为国家田径
管理中心提供了一条可以检测单维力的数字跑道，运动员在跑道上跑步时，通过数字跑道能够知道运动员跑步时对跑道的压力和步伐间隔。“如果将这种‘可以检测三维力的人工皮肤’应用在跑道上，那么这种跑道不仅可以检测出运动员跑步时对跑道的正压力，而且能够检测出运动员跑步时横向的摇晃以及后蹬力，从中发现影响运动速度的不当发力，可以更好地帮助运动员改进跑步姿态和训练质量，提高运动成绩。”
新型人工皮肤的问世，可以使得机器人不仅有头有四肢，而且还有肉有皮肤。不仅可望推动仿生机器人和服务机器人的发展，而且在航空航天、先进制造、体育训练、康复医疗等诸多领域中，也具有广泛的应用前景。“人工皮肤”在具体民众生活的应用上还有待提高。葛运建说：“目前我们的研究成果还只是原理性样机。在提高其实用性、稳定性、可靠性和通用性等方面都还有问题需要进一步研究和解决。”
作者：
2011-1-16