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适用于机器人应用的高性能和高效电子皮肤麦可布雷

2022-07-05 12:37:13

适用于机器人应用的高性能和高效电子皮肤

德国慕尼黑理工大学的研究人员最近开发了一种电子皮肤，可以帮助在机器人中重现人的触觉。

这种电子皮肤在MDPI的《传感器》杂志上发表的一篇论文中提出，与其他现有电子皮肤相比，其计算能力要低得多，因此可以应用于机器人身体的较大部分。

进行这项研究的研究人员之一弗洛里安·伯格纳对TechXplore表示：“开发电子皮肤的主要动机来自自然，并且围绕人类如何与周围环境相互作用的问题进行研究” “虽然人类主要依赖视觉，但只要接触涉及互动，我们的触觉就很重要。我们相信，赋予机器人触觉可以扩大机器人与人之间互动的范围，从而使机器人更具协作性，安全性和可靠性。有效。”

Bergner和以Gordon Cheng教授为首的其他研究人员已经开发电子皮肤已有大约十年的时间。最初，他们试图实现具有类似于人类皮肤的多模式传感功能的电子皮肤系统。换句话说，他们试图创建一种人造皮肤，该皮肤可以感知轻触，压力，温度和振动，同时有效地将其感知分布在发生触觉相互作用的不同位置。

伯格纳说：“人类不仅可以区分不同种类的触摸，而且可以识别它们发生的位置。” “除了复制此功能外，电子皮肤系统还应承受接触件的物理压力，具有可扩展性，并以最小的努力支持集成。”

Bergner及其同事开发的新型电子皮肤系统由六边形传感模块组成。这些模块中的每个模块的大小均约为2欧元硬币。连接时，它们会形成柔软的人造皮肤或皮肤贴片，可以附着在各种平面和曲面上。

迄今为止，已经发现可以应用于大表面积的电子皮肤在它们一次可以检测到的触摸信息量方面存在很大的局限性。另一方面，Bergner及其同事开发的电子皮肤系统保留了先进的感应功能，而无需大量的计算能力。

伯格纳说：“传统的信息处理导致对计算能力，高功耗，高信息传输速率，信息丢失和延迟的高要求，这是令人无法接受的。”

“另一方面，人类可以毫不费力地处理大约500万种皮肤感受器收集到的触觉信息。在我们最近的研究中，我们问自己：人类的触觉如何实现这一目标，以及我们如何利用这些发现神经科学减轻我们电子皮肤系统的局限性？”

代替不断地向大脑发送信息，人类皮肤上的受体往往保持不活动状态，直到它们检测到触摸压力，温度或振动的变化。当它们检测到变化时，受体就会触发刺突，这些刺突穿过神经纤维进入大脑。

作为此过程的结果，人类皮肤仅向大脑提供与触摸有关的新信息。伯格纳及其同事对这种生物过程进行了深入研究，并试图将其复制到他们的电子皮肤系统中。

Bergner解释说：“在我们的系统中，每个人造皮肤细胞都监视其传感器以检测变化。” “当他们检测到足够大的变化时，皮肤细胞就会向计算机报告新信息，否则，它们会进入睡眠模式。这种操作大大降低了对计算能力的需求。”

研究人员开发的H-1机器人覆盖了电子皮肤。

Bergner及其同事开发的电子皮肤系统具有可扩展性，高效性和灵活性。初步测试表明，它可以处理表面积较大的系统中与触摸有关的信息流，而无需定制硬件，并且仅使用标准计算机即可。

伯格纳及其同事成功将其电子皮肤应用于人类大小的机器人H1上。他们能够使用1260个皮肤细胞覆盖整个身体，其中包括10,000多个传感器，这是以前从未做过的。

Bergner解释说：“ H1机器人只能在车载系统上自给自足地工作。” “只有借助我们新颖驱动的电子皮肤的好处，才有可能用皮肤细胞覆盖它，它将计算量减少了约80％。更传统的电子皮肤将使H1系统完全饱和，从而导致延迟和大约25％的连续信息丢失。”

将来，高效的电子皮肤可以为各种机器人提供增强的触摸功能。除了增加人机交互的安全性之外，电子皮肤细胞还可以用于开发新的技术工具，例如触敏假体，智能对象或传感套装。

伯格纳说：“在解决了处理大面积电子皮肤的触觉信息的难题之后，我们现在可以考虑缩小皮肤细胞的尺寸，从而达到更高的感应密度。” “ H1具有大面积的电子皮肤，现在可以使我们研究人机交互和全身控制。另一个有趣的研究方向可能是研究新颖性驱动的触觉信息，以增强感知和控制算法。”