电子皮肤

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电子皮肤 [复制链接]

可以从感觉“疼痛”中学习的电子皮肤可以帮助创造具有人类敏感性的新一代智能机器人。
来自苏格兰格拉斯哥大学的一组工程师开发了一种人造皮肤，该人造皮肤具有一种基于“突触晶体管”的新型处理系统，该系统模仿大脑的神经通路以进行学习。使用智能皮肤的机器人手表现出非凡的学习对外部刺激做出反应的能力。
在今天发表在《科学机器人》杂志上的一篇新论文中，研究人员描述了他们如何构建他们的原型计算电子皮肤 (e-skin)，以及它如何改进目前触敏机器人技术。
资料来源：格拉斯哥大学可弯曲电子与传感技术 (BEST) 小组。
几十年来，科学家们一直致力于打造具有触感的人造皮肤。一种被广泛探索的方法是在电子皮肤表面分布一系列接触或压力传感器，以使其能够检测到它何时与物体接触。

在接触点开始处理
然后将来自传感器的数据发送到计算机进行处理和解释。传感器通常会产生大量数据，这些数据可能需要时间才能得到正确处理和响应，从而引入延迟，从而降低皮肤在现实世界任务中的潜在有效性。格拉斯哥团队的新型电子皮肤从人类周围神经系统如何解释来自皮肤的信号中汲取灵感，以消除延迟和功耗。

一旦人体皮肤接收到输入，周围神经系统就会在接触点开始处理它，在将其发送到大脑之前将其简化为仅重要信息。感觉数据的减少允许有效地使用将数据发送到大脑所需的通信通道，然后大脑几乎立即做出反应，让身体做出适当的反应。

为了构建一种能够进行高效计算、类似突触反应的电子皮肤，研究人员将由 168 个由氧化锌纳米线制成的突触晶体管组成的网格直接打印到柔性塑料表面的表面上。然后，他们将突触晶体管与存在于全关节的人形机器人手掌上的皮肤传感器连接起来。当传感器被触摸时，它会记录其电阻的变化——微小的变化对应于轻微的触摸，而较重的触摸会产生较大的电阻变化。该输入旨在模仿感觉神经元在人体中的工作方式。

处理模拟人类神经系统
在早期的电子皮肤中，输入数据将被发送到计算机进行处理。取而代之的是，内置在皮肤中的电路充当人工突触，将输入降低为简单的电压尖峰，其频率根据施加在皮肤上的压力水平而变化，从而加快反应过程。

该团队使用该电压尖峰的不同输出来教导皮肤对模拟疼痛的适当反应，这将触发机器人手做出反应。通过设置输入电压的阈值以引起反应，该团队可以使机器人的手从手掌中心的尖锐刺拳中后退。换句话说，它学会了通过模拟人类神经系统如何工作的机载信息处理过程来摆脱模拟不适的来源。

电子皮肤的开发是由 Ravinder Dahiya 教授领导的格拉斯哥大学可弯曲电子和传感技术 (BEST) 小组在柔性、可拉伸印刷表面方面的最新突破。

 

马孔多的雨

近年来，柔性电子皮肤一直是学术界和业界的热门话题，其中用于模仿人体皮肤功能的仿生触觉传感器是研究的重点之一。触觉传感器能对外界的应力刺激产生对应的电信号，广泛应用在人工智能、人机交互、生物信息检测等领域。深入了解人体皮肤的感知原理，是设计仿生触觉传感器的重要前提。据了解，人体皮肤是一种非常“强大”的触觉传感器，它可以同时检测各种刺激的强度和模式，可以分辨出按压、敲击和弯曲，这主要归因于四个机械感受器（SA-I，II和FA-I，II）分布在人体皮肤的不同区域，机械感受器接收外部刺激并将其转换为电子信号，这四种受体的综合信号由大脑进行分析，进而得到物体大小、形状和质地等信息。