新型电子手套：让机器人拥有触觉

近日，美国斯坦福大学的工程师们开发出一种含有传感器的电子手套。有朝一日，这些传感器将赋予机器人手更大的灵巧性，而这种灵巧性在人类看来是理所当然的。

在一篇于11月21日发表在《科学机器人学（Science Robotics）》期刊上的论文中，化学工程师 Zhenan Bao 及其团队演示了这种传感器。它工作得很好，足以使机器人手能够触摸娇嫩的浆果，以及握住一个乒乓球，重点是不会压扁它们。Bao 表示，手套指尖中的传感器同步测量压力的强度与方向，这两个物理量对于实现灵巧的动手能力来说是不可或缺的。研究人员们必须继续完善这项技术，从而自动控制这些传感器。当他们使这项技术变得完美时，穿戴这种手套的机器人将能够在拇指和食指之间灵巧地握住一个鸡蛋，而不会压扁它们或者让它们滑落。

这种电子手套模仿了人类皮肤各层一起工作的方式，这种方式赋予我们的双手非凡的感知能力。我们皮肤的外层充满可检测压力、热量和其他刺激的传感器。我们手指和手掌含有非常丰富的触摸传感器。这些传感器与皮肤的一个子层，也称为“棘层”，一起工作。棘层的微观“地貌”充满“山丘”和“山谷”，显得崎岖不平。这种崎岖不平非常重要。当我们的手指触摸物体时，外层的皮肤会靠近棘层。较轻的触摸会被靠近“山顶”的传感器感受到。而更大的壓力会迫使外层皮肤陷入棘层的“山谷”中，触发更加强烈的触觉感知。

可是，测量压力的强度只是棘层功能的一部分。这一崎岖不平的子层也有助于揭示压力或剪切力的方向。例如，手指向北压，会在这些微型“山丘”的南坡上制造出强烈的信号。这种感知剪切力的能力，成为了帮助我们在拇指与食指之间温柔而又牢固地握住鸡蛋的关键。

机器人手套指尖上的每个传感器，都是由三个在一起协力工作的柔性层组成。顶层与底层都是电活性的。研究人员在两个表面的每一面上都放置了电线网络，就像田里的一行一行的庄稼，并且使这些行相互垂直，创造出密集的小型感知像素阵列。他们也让底层像棘层一样崎岖不平。

中间的橡胶绝缘子将顶层与底层的电极简单地分开。然而，这种分隔很关键，因为相互靠近而又不相互触摸的电极能存储电能。机器人手指压下时，顶层的电极被压得靠近地底层，存储的能量相应增加。底层的“山丘”和“山谷”提供了一种将压力的强度与方向映射到垂直网格中的特殊点的方法，这种方法很像人类皮肤。