机器人能否拥有如人类般敏锐的触觉感知能力,一直是科技界探索的前沿课题。
近日,英国剑桥大学和伦敦大学学院联合研究团队在《科学·机器人学》杂志发表重要研究成果,成功开发出新型柔性导电机器人"皮肤",标志着机器人触觉技术取得历史性突破。
长期以来,传统机器人触觉系统面临诸多技术难题。
现有机器人"皮肤"主要依赖微机电系统,需要在表面铺设大量微型传感器来模拟人类神经系统功能。
然而,这种技术路径存在制造工艺复杂、软硬材料易分层、结构脆弱等缺陷,传感器之间还常出现信号干扰问题,难以实现大面积部署,功能水平与人类皮肤相比存在显著差距。
此次英国研究团队的核心创新在于采用"电阻抗断层扫描"检测方法,通过在单层水凝胶膜周围设置32个电极,每4个电极组合成1个测量单元,可生成超过86万种不同的电流路径组合,形成高密度、全覆盖的传感网络。
当外界条件发生变化时,如温度升高、湿度改变或接触物体,水凝胶的电学特性随之改变,系统通过分析电流模式差异即可判断"皮肤"受到的具体刺激类型。
技术实现过程中,研究团队巧妙地将电极作为"神经",智能算法作为"大脑",通过训练使系统能够自主学习并识别最有效的电极组合,从而区分特定刺激。
这种仿生设计理念使机器人首次具备了类似人类的综合触觉感知能力。
材料选择方面,研究团队采用水凝胶作为核心材料。
这种极为亲水的三维网络结构凝胶具有导电性能好、柔软可塑的特点,对机械力、温度和湿度均表现出良好的敏感性。
更重要的是,水凝胶可直接塑造成复杂形态,为构建高度仿生、性能稳定的下一代人工皮肤系统奠定了坚实的材料基础。
北京大学先进制造与机器人学院教授喻俊志认为,这项基于水凝胶和电阻抗断层扫描的多模态传感技术,不仅是机器人感知与材料科学领域的新突破,还体现了计算智能与生物仿生融合的新趋势。
该研究以一层水凝胶、一圈电极和一套识别系统突破了人工皮肤传统设计瓶颈,用数据驱动的方式让柔性材料"学会"辨识复杂信息。
尽管取得显著进展,但该技术仍面临现实挑战。
水凝胶在空气中易失水干裂,在高温环境下性能不稳定,当前系统完成一次全区域扫描耗时较长,尚难满足高速交互需求。
研究团队表示,下一步将重点开发更稳定的新型水凝胶或替代材料,并优化算法以提升响应速度。
从应用前景看,这项技术有望在人形机器人、医疗健康监测、智能穿戴设备、智能假肢、工业制造和灾后救援等领域发挥重要作用。
触觉能力的提升将显著增强机器人与外界环境的交互能力,帮助其适应更加复杂的应用场景。
让机器人拥有更接近人类的触觉,不只是增加一种传感功能,更是为安全协作与精细操作补上关键一环。
触觉技术的突破往往来自材料、测量与计算方法的协同创新。
随着稳定材料体系、快速识别算法与可靠封装工艺不断成熟,机器人“皮肤”有望从实验室走向更多真实场景,在提升效率的同时更好守住安全底线,也为柔性电子与类脑感知等前沿方向提供新的成长空间。