“一束光”让机器人也能具有触觉？之江实验室这项技能冷艳国际

浙江新闻客户端 记者 何冬健 通讯员 徐画

精密的动作操控，敏锐的触觉体会，丰厚的情感沟通……假设没有触觉，人类要失掉知道并了解国际的多少趣味。现在，“一束光”让机器人也能够具有触觉？具有类人触觉感知才能的“光子皮肤”、高性能光致动微型机器人夹爪……之江试验室类人感知研讨中心触觉感知研讨团队经过两年多潜心研讨，首先提出依据微纳光纤的触觉感知与再现研讨新思路，技能成果“激起千层浪”，让国内外学者直呼“惊喜”。触觉有多重要？机器人是怎样完成触觉的？这项技能能给咱们带来怎样的改动？近来，记者对话该研讨团队成员，与他们畅聊类人触觉感知技能，体会“之江力气”。　

之江试验室 资料图

传递触觉的“特别路途”

咱们对这个国际开端的感知通常是从触觉开端的——榜首声啼哭之前，婴儿经历过诱发哭声的敲打；生长中提笔、拍球；日子中握手，敲击键盘，运用手机……触觉充满着咱们日常日子的方方面面。

2021年，诺贝尔生理学或医学奖颁给了美国科学家大卫·朱利叶斯和阿登·帕塔普蒂安，赞誉理由正是他们发现了“温度和触觉的受体”。

当然，相较于视觉和听觉等其他感官，触觉研讨相对滞后，主要原因在于其感知机制、复现和数字化进程困难重重。在人工智能迅速开展的今日，怎么完成“类人触觉感知”，已成为当今科学研讨的前沿热门之一。

触觉感知研讨团队在试验中　周志豪　摄

微纳光纤是之江试验室着力探寻的技能途径之一。作为一种新式光波导，微纳光纤的直径是头发丝的几十到几百分之一，具有一起的光学和力学特性，被誉为“下一代光纤”。在这样一个直径范围内，它传输光的特性会发生显着改动——很大一部分光以一种叫倏逝场的特别方法在微纳光纤外表传输。

“微纳光纤外围的强倏逝场关于外界弱小压力或温度影响十分活络。比方一片飘落的茸毛、一段动听的音乐，或者是人体无法分辩的0.01℃的温度改动，都会形成封装在柔性薄膜中微纳光纤输出光谱的显着改动，这使得微纳光纤很合适制造高活络的触觉传感器。”之江试验室类人感知研讨中心研讨专家张磊说。

在试验室里，张磊向记者展现了他们所研讨的微纳光纤。它由规范光纤经过加热拉伸取得，结构上出现中心细、两头粗。

“中心那部分便是微纳光纤，咱们用它来感触外界的弱小影响；而两头未拉伸的部分是规范光纤，起到传输信号的效果。”张磊说。

现在，在打破微纳光纤可操控备和柔性封装等关键技能的根底上，团队搭建了一套依据微纳光纤传感器的机器人触觉感知体系，研讨力、温度、湿度、硬度和纹路传感等类人触觉感知技能。

或许在未来有一天，你在杭州作业，朋友在北京学习，虽相隔千里，只需运用这项类人触觉感知技能，咱们就能够像打电话相同，实时“握手”和“拥抱”。

仿照多种感觉的感触器

既然是仿照人类的触觉体系，那么这套设备是怎么作业的呢？

对人类来说，当人体皮肤感触到触摸带来的压榨，立刻会宣布一个细小的信号，这个信号会随神经纤维抵达大脑，大脑能够立刻感触到这次触摸并分辩出触摸的巨细和方位。

仿照人类触觉体系的作业原理，手部触觉能够增强机器人物体辨认和灵活操作的才能，体表触觉能够让机器人在人机共存时具有更好的协作性和安全性，而足底触觉则能够进步机器人的平衡性、机动性和适应性。

具有类人触觉感知功用的机械手　周立超　摄

“传感器是机器人从环境中获取信息的前言，感知是智能机器人作业闭环中的榜首步。”之江试验室类人感知研讨中心研讨专员余龙腾告知记者，团队奇妙地将整个进程拆分开来，分门别类进行处理。在传感器的规划上，他们选用微纳光纤等活络资料去感触外界的影响，发生的信号经过规范光纤传输到计算机，由计算机来处理并给出反应指令。

在机器人的实践使用中，为了完成灵活操作和触觉反应等进程，力感应和滑动检测功用至关重要，一款柔性触觉传感器应运而生。

记者在现场看到，该传感器具有类似指纹的沟壑外表，以及不同软硬的多层结构，和人类手指皮肤的结构特征十分类似。“凭仗这些规划特色，当传感器与不同形状和资料的物体触摸时，它可供给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，皮肤还能够感知热觉、冷觉、痛觉等多种触觉类型，这要归功于皮肤中4种感知不同类型影响的感知小体。

温度感知才能是团队在触觉感知上的另一个打破。在试验中，将微纳光纤传感器安置在机械臂指尖，它能够对不同冷热的咖啡进行辨认和操作。

机器人先用手指顺次从冷、温、热三杯咖啡上方掠过，微纳光纤传感器以非触摸方法感知咖啡温度，然后让机器人判别所需咖啡方位。盛放咖啡的杯子柔软易变形，机器人凭借微纳光纤的力传感操控抓力，确保杯子被稳稳抓起而不会溢出咖啡。

之江试验室类人感知研讨中心研讨专员肖建亮告知记者，尽管类人触觉传感器现在还达不到人体的智能程度，但在部分感知上能够做到逾越人类极限，“一粒花粉落在皮肤上面，咱们人体是感觉不到的。但关于类人触觉传感器来说，其活络度和分辩率能够规划到足够高，感触到常人感触不到的东西。”

监测生理信号的“守护者”

幻想一下，未来人们只需带着一个几平方厘米巨细的传感器，医师就能够在办公室里榜首时间看到精确的生理信号，依据人们的健康状况拟定相应的办法，那是多么便利的一件事。

机械手灵活操作，凭借触觉反应安稳抓取易变形常见物品 周立超 摄

记者了解到，使用微纳光纤制备的触觉传感器和咱们印象中的传感器有显着的不同，它具有杰出的柔韧性，能够穿戴在人们身上。经过对弱小压力、应变、温度和湿度参量的高活络度和快呼应的感知，可实时监测咱们的脉息和血压等信号的改动。

“通常情况下，压力、温度、湿度等信号会存在串扰，因而难以精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别规划，使它能够感触到0.01℃的皮肤温度改动；一起为了进一步提高弱小生理信号的监测才能，研制出活络度达102 kPa-1的高性能应变传感器，完成了对声响和指尖脉息的实时监测。

在我国人口老龄化程度加深的布景下，这种传感器能够让未来的医护人员更好地在长途监测老年人或病患的生理信息，更及时地给需求协助的人供给医疗服务。能够说，触觉感知研讨团队的作业让科技的力气能够成为照进咱们日子里的“一束光”。

此外，为开展触觉再现技能，使器材在具有“感知”才能的一起具有“履行”才能，团队以微纳光纤为中心，构建了用于智能柔性抓取的光波导型软体致动器。

“这是一种由微纳光纤和智能资料一起组成的微型智能器材，是人工肌肉、软体机器人及微操控等技能的根底。”肖建亮介绍，“微纳光纤致动器能够抓取不同形状、巨细的物体，还能够在大范围内抓取、移动、操控物体，弥补了空间光型致动器‘精准操作难’的缺点。有了软体致动器的合作，触觉传感器的技能链路也会愈加完好。”

有了微纳光纤的加持，在不远的未来，咱们或许能够看到机器在体内杂乱腔道中自在“游动”，中风患者在恢复医治中具有了外骨骼，生命科学研讨者能够抓取微米级细胞……

之江试验室的最新研讨成果，让一切“追光者”愈加坚信：一束光里，潜藏着柔软却强壮的力气。

【浙江新闻+】

人工智能研讨的一项基本内容是类人感知。便是要让机器具有类似于人的感知才能，如视觉、触觉、听觉、味觉、嗅觉。

类人视觉的来源可追溯到20世纪60年代美国学者L.R.罗伯兹对多面体积木国际的图画处理研讨，以及70年代美国麻省理工学院人工智能试验室“机器视觉”课程的开设。一般以为类人视觉“是经过光学设备和非触摸传感器自动地承受和处理一个实在场景的图画，经过剖析图画取得所需信息或用于操控机器运动的设备”。

类人听觉，便是让机器人能听懂人说的话，更好地服务人类。最为群众熟知的“机器听觉”使命，便是语音辨认。机器人能从语音中取得文字、语种、说话人身份、说话人心情等信息。

类人味觉的研讨从人体舌头感知味觉的进程切入，经过研讨滋味对舌头发生的影响以及味细胞外表的生物膜在接收到这种影响时发生的电压改动，进行味觉传感器研讨。现在，类人味觉协助不少企业完成了食物在滋味与营养上的平衡。

类人嗅觉，便是让机器人能够辨认气体，它对感觉气体的活络度和分辩率都很高，连极微量的物质成分都能感知到。关于在很多烟雾、火焰、有害气体环境中作业的火灾救援机器人，以及在与人类共存的空间中作业的机器人，嗅觉传感器是必不可少的。