軟體手的多模態(tài)感知 Advanced Functional Materials

在人類感知世界的過程中，皮膚的多模態(tài)感知為我們感受真實的物理世界提供了重要的工具。正如人們用手指觸摸未知的物品，當(dāng)具有多模態(tài)感知能力的機(jī)器人手摩擦未知物品時，機(jī)器人便能感知到物品的粗糙度；當(dāng)機(jī)器人手隔空拂過位置物品時，它甚至能像X射線和3D掃描儀那樣感知到物品的材質(zhì)和形狀。因此，能夠感知環(huán)境的多模態(tài)傳感與擅長交互的軟體機(jī)器人的結(jié)合必然能擦出火花。

最新一期《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）報道了北京航空航天大學(xué)仿生軟體機(jī)器人實驗室在柔性傳感器與軟體機(jī)器人感知領(lǐng)域的最新研究。

該項工作開發(fā)了一套智能軟體機(jī)器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)ξ矬w的物理特性進(jìn)行感知、描述和分類，可協(xié)助機(jī)器人解釋物理世界、與物理世界進(jìn)行交互，為人工智能與世界的交互提供了可能的接口。

當(dāng)前研究面臨的問題

軟體機(jī)器人具有與生俱來的安全無損特性，在各種實際應(yīng)用中逐步展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。基于壓電、壓阻、電容、摩擦電、和巨磁彈性效應(yīng)開發(fā)的大量柔性傳感器，能夠賦予軟體機(jī)器人感知能力，但它們的單一識別模態(tài)無法滿足機(jī)器人全方面智能的要求。軟體機(jī)器人，特別是軟體機(jī)器人手，需要類似于人類手部的多模態(tài)信息感知和描述能力。為了擴(kuò)大軟體機(jī)器人的實際應(yīng)用范圍，開發(fā)高性能多模態(tài)柔性傳感器和集成機(jī)器學(xué)習(xí)的智能軟體機(jī)器人系統(tǒng)勢在必行。

迄今為止，人們已經(jīng)為開發(fā)多模態(tài)柔性傳感器做出了許多努力，然而在分離和解耦各種刺激類型的信號方面仍存在挑戰(zhàn)。雖然研究人員一直致力于開發(fā)具有多模態(tài)柔性傳感器的智能機(jī)器人以感知各種環(huán)境信息，然而，目前的智能機(jī)器手缺乏全面的多模態(tài)信息感知，尤其是對表面物理特性的描述能力。這些局限性為軟體機(jī)器手進(jìn)一步感知多模態(tài)環(huán)境信息和執(zhí)行精細(xì)操作任務(wù)造成了阻礙。

結(jié)構(gòu)簡單的雙模態(tài)自供電柔性傳感器

研究團(tuán)隊研發(fā)了一種基于摩擦納米發(fā)電機(jī)和巨磁效應(yīng)的雙模態(tài)自供電柔性傳感器（BSFS）。BSFS結(jié)構(gòu)簡單，由磁彈性導(dǎo)電薄膜和封裝的液態(tài)金屬線圈組成，可以在10毫秒的響應(yīng)時間內(nèi)精確檢測和解耦接觸和非接觸雙模態(tài)信號。

研究團(tuán)隊在硅膠材料中摻入微磁體和碳納米管，制備具有多孔結(jié)構(gòu)的磁彈性導(dǎo)電薄膜。隨后，使用磁化儀對磁彈性導(dǎo)電薄膜進(jìn)行磁化，使微磁體重新定向，然后印刷并用硅膠封裝液態(tài)線圈。所有組件都是由柔性材料制成的，因此BSFS整體結(jié)構(gòu)柔軟可變形。磁彈性導(dǎo)電薄膜還表現(xiàn)出顯著的磁彈性。