觸覺是人類與外界交互的重要感官。機器人是否能像人類一樣通過皮膚感受世界，這是一個科學(xué)家們在不斷探索并為之奮斗的命題。

　　近日，中國研究團隊在這方面取得重大突破，成功研究出一種仿人指紋的傳感系統(tǒng)，通過模擬人類指紋的微結(jié)構(gòu)特征，實現(xiàn)滑覺的高分辨檢測，能夠識別不同材質(zhì)表面的細(xì)微差別，進(jìn)而分辨如斜紋布、羊毛、燈絨芯等細(xì)膩質(zhì)地。

　　這項成果為賦予機器人和人類義肢更精細(xì)的觸覺反饋和細(xì)膩感知能力奠定了基礎(chǔ)，將在機器人技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)揮重要作用，并有望應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實。

　　工作原理：模擬指紋特征的柔性滑覺傳感器

　　這項機器人技術(shù)重要突破，由論文通訊作者、南方科技大學(xué)郭傳飛教授和同事等合作完成。

　　據(jù)研究團隊介紹，人類在撫摸物品表面時，能通過靜壓力和高頻振動來辨別物體，而之前的工觸覺傳感器方法只能基于觸覺或多重傳感器來識別物品，對于已有的系統(tǒng)難以實現(xiàn)對精細(xì)結(jié)構(gòu)的識別與分辨，在開發(fā)高分辨、高靈敏度的人工傳感系統(tǒng)其實一直存在不小的挑戰(zhàn)。

　　這種仿人指紋的觸覺傳感技術(shù)的核心是一個柔性的滑覺傳感器，研究團隊已經(jīng)將這一觸覺技術(shù)系統(tǒng)集成到一個仿生人工手掌上。當(dāng)這只仿生手撫摸物體時，可以實時感受和分析表面的材質(zhì)變化，實現(xiàn)“知覺觸覺”。

　　通過機器學(xué)習(xí)算法分析這些豐富的觸覺信號，研究團隊發(fā)現(xiàn)該傳感器能識別包括亞馬、尼龍、泡泡紗等20種不同材質(zhì)，并且識別準(zhǔn)確率可達(dá)100%。

　　相比傳統(tǒng)的簡單接觸或壓力傳感器，仿人指紋滑覺傳感器可以提供更為豐富和靈敏的交互信號，這種傳感器模擬了人體指紋對表面形狀和紋理的感知機制，是新一代生物啟發(fā)式傳感器的典型代表。

　　不僅如此，這項技術(shù)通過后續(xù)的進(jìn)一步研究，將有助于提高機器人的感知能力，并有望應(yīng)用到假肢領(lǐng)域。未來佩戴仿生義肢的患者，也許可以借助類似的微紋理觸感器，實現(xiàn)對物體表面和自己身體位置的感知，從而恢復(fù)基本的觸覺功能。

　　當(dāng)前機器人觸覺技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

　　盡管科研團隊在機器人觸覺傳感器上取得了一定的進(jìn)展，但要實現(xiàn)和人體皮膚相似豐富性能的“電子皮膚”，離實用化、泛用化目標(biāo)還有很長的路要走。

　　首先是對多模態(tài)復(fù)合信息的感知能力。人體的觸覺系統(tǒng)可以同時感受壓力、振動、溫度、痛覺等多種類型的刺激，并將這些刺激整合在大腦，產(chǎn)生對外界交互的綜合知覺，這是非常復(fù)雜的生物信息處理，而現(xiàn)有的機器人觸覺系統(tǒng)多停留在對單一模態(tài)信息的檢測，整合多源信息的能力非常有限。

　　其次是靈敏度和響應(yīng)速度。要讓機器人擁有類似人類整個手掌甚至全身皮膚的觸感覆蓋和聯(lián)動，在材料、信號采集和算法等環(huán)節(jié)還面臨許多瓶頸。

　　再有就是可靠性和環(huán)境適應(yīng)性?，F(xiàn)實生活中不同溫度、濕度、靜電環(huán)境都會對觸覺傳感器的性能產(chǎn)生較大影響，而泛用化的機器人系統(tǒng)需要7*24小時持續(xù)高效可靠地工作，這對觸覺系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高要求。

　　除此之外，成本效益也是必須考慮的因素。目前各種新型傳感器由于制作復(fù)雜，限制了其大規(guī)模商用應(yīng)用，只有在保證一定性能的前提下大幅降低成本，這些前沿技術(shù)成果才能真正惠及社會。

　　面向未來的機器人觸覺技術(shù)

　　盡管當(dāng)前的技術(shù)還不夠成熟，但科學(xué)家們對機器人觸覺技術(shù)的未來前景還是抱有很大期待。研究團隊表示，這項技術(shù)除了可用于人形機器人的精細(xì)觸覺，還可以延伸至虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域，結(jié)合虛擬環(huán)境的視覺和聽覺體驗，大幅提升用戶的沉浸感。

　　當(dāng)機器人和各類智能系統(tǒng)擁有更精細(xì)、更豐富的觸覺反饋后，將對人與機器的交互模式產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。我們有理由相信，未來的人機交互定將更將真實、自然、智能。