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机器人用温暖皮肤感知世界

发布时间:2019-03-25 17:16:38

导语:佐治亚理工学院研发的带加热器的机器人触觉皮肤传感器可以识别物体的材料。

关键词:机器人皮肤;多模态触觉传感器;材料识别

图片来源: Georgia Tech

装备了“温暖皮肤”的机器人可以识别出物体的材料。

通常情况下,如果你的机器人摸上去是温暖的,那有可能是它的冷却系统出现了可怕的故障。机器人不应该是温暖的,它们应该是冷酷、寒冷的,或者至少应该是冷酷、和环境温度相同的。热量似乎总是一个副产品,需要找到其来源并且处理掉。人类和许多其它非爬行动物需要消耗很多能量来维持恒定的体温,事实上,时刻保持温暖为我们提供了许多额外的好处,比如从我们触摸到的东西上收集有用信息。现在机器人也可以有这种能力了。

大多数机器人所使用的触摸传感器是力传感器。它们可以识别一个物体表面的坚硬程度,有时也能检测出物体表面的纹理。你也可以添加一些温度传感器到这个混合体中来检测表面是热的还是冷的。然而,大多数时候,你周围的物体既不是热的也不是冷的,它们的温度只是周围环境的温度。

佐治亚理工学院研发的机器人触觉皮肤采用大量“taxels” 阵列,每个“taxels”单元由压阻式面料、热敏电阻和加热带分层组合而成。他们表示,力传感器和热传感器组合使用的效果显著优于单独使用力传感器。

当人类触摸到与环境温度相同的东西时,经常会感觉它们的触感比真实温度要高或低一些。这其中有两个原因:第一是由于我们的身体处在温暖舒适的状态下,所以我们感觉到的是皮肤和物体之间的温度差;第二是由于我们可以感觉到物体吸收了多少我们身体的热量。换句话说,我们测量的是物体吸收我们身体热量的速度,更进一步的,我们测量的是它的热传导率。试想一下,即使是在相同温度下,金属材料的物体会比一些织物或木材的物体感觉更凉一些,这是因为金属的热传导性更强、吸热更快。这样的结果就是,我们有能力对触摸到的材料收集更多的数据,因为我们的手指是温暖的。

上个月,来自佐治亚理工学院的Joshua Wade, Tapomayukh Bhattacharjee, 以及Charlie Kemp教授在IROS研讨会上发表了一篇文章,该文介绍了一种增加了主动加热功能的新型机器人皮肤。当主动加热功能与传统的力传感器结合使用时,便产生了一种有助于确定物体的组成成分的多模态触觉传感器。

图片来源: Georgia Tech

佐治亚理工学院研发的以面料为基础的多模态触觉传感器皮肤原型。

好吧,尽管外表看起来并不怎么好看,但力传感器和主动加热传感器组合使用的效果显著优于单独使用力传感器。这种织物由大量“taxels”阵列组成,在每个“taxels”单元中,电阻式织物被夹在两层导电织物中间,同时两个被动热敏电阻和两个主动热敏电阻被放置在碳纤维电阻加热条上面。在三种传感器互相配合工作的模式下,使用按压的方式时,机器人分辨木材和铝的成功率高达96%,使用滑动接触时成功率为84%。

需要指出的是,这并不是世界上第一款主动加热的传感器,SynTouch公司开发的BioTac传感器也包括一个加热器,但是它只有一个指尖那么大,这可比不了佐治亚理工学院研发的整个手臂那么大的触觉皮肤传感器。

Tapo Bhattacharjee表示,这种传感器有着非常广阔的应用前景,他说“机器人可以在杂乱的环境或人类的环境中使用这种皮肤。当机器人了解了触摸对象的触觉特性之后可以帮助它制定智能的执行策略,例如,机器人在推动软物体的时候不会认为那是硬的东西。或者说,如果机器人知道它是在触摸一个人,那么它可以更加温柔。”

作者简介:Evan Ackerman是IEEE Spectrum的获奖机器人博客和Automaton的资深作家。自2007年以来,他已经写了超过6000篇关于机器人技术和新兴技术的文章,涵盖了除了非洲、南极洲、澳大利亚和南美洲(虽然他仍然期待前往上述大洲)的每个大洲的会议和活动。除了Spectrum,Evan的作品还出现在各种其他出版物上,包括Gizmodo 和 Slate。如果幸运的话,你可以在NPR’s Science Friday 或 BBC World Service Science中收听到他。Evan在火星地质学科获得了本科学位——但与他现在从事的工作几乎毫无关系,当他长大后,他仍然想成为一名宇航员。

机器人用温暖皮肤感知世界

在业余时间,他喜欢潜水、救助受伤的猛禽而且能娴熟地演奏风笛。

本文观点仅代表作者,不代表《科学美国人》。

(翻译:么宇辉;审校:杨玉洁)

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