传感器示意图:作用在珠子上的力(灰色)使连接的膜(红色)变形，改变电极的电容(蓝色)。荣誉:苏黎世联邦理工学院/约翰内斯·魏查人类的许多特殊品质之一是熟练而精确地处理物体的能力。这都与我们的触觉有关，触觉在我们的指尖尤为敏锐。使用我们的手，我们能够探索物体的形状和组成，感受它们表面的纹理——而这一切都不需要用眼睛去拍它们。我们的触觉非常敏锐。试着让机器人达到相似程度的细微差别。例如，生产机器人能够以惊人的灵巧拿起和移动物体。然而，要做到这一点，他们首先需要知道物体在哪里——或者他们需要额外的视觉信息来帮助定位。理想情况下，他们也需要知道一个物体有多坚固，以及它的成分，然后才能抓住它。
数百个传感器
约翰内斯·韦查特有一个想法，可以让机器人更擅长处理物体。苏黎世联邦理工学院微纳米系统(MNS)组的博士生Weichart开发了一种模拟人类手指触觉的人造皮肤。他认为这可以赋予机器人触摸和感觉的能力。更重要的是，人造皮肤是柔韧的，这意味着它可以用来覆盖柔软和不均匀成型的材料——例如，人类手指形状的机器人手爪。
与人类皮肤一样，Weichart的人造皮肤也配备了大量的感受器。“每平方毫米大约需要一个传感器，”他解释道。每个传感器包括不同的层。其中的两个是导电薄膜和下面的电极，弹簧保持分开三到四微米的距离。它们之间距离的变化导致由电极捕获的电信号的变化。
信用:苏黎世联邦理工学院精致的触觉
连接到导电膜的是一个小珠。当压力施加到珠子上时，薄膜变形——传感器测量的信号也随之变形。
一半的传感器配有三个电极，而不是一个。这些不仅测量在任何一点施加到珠子上的力的大小，而且测量施加的角度。这给皮肤一种更加细致的触觉。“这意味着你可以感觉到表面的质量和纹理，并通过以足够高的频率对传感器进行采样来识别物体何时滑过皮肤表面，”Weichart解释道。
太多原始数据
Weichart花了他博士研究的前三年证明他的想法在原理上是可行的。现在的挑战是让s kin更坚固，最重要的是，适合具体的应用。这仍然需要一些工作。“为了能够在日常环境中使用人造皮肤，传感器需要一个我们开发的保护层，”Weichart说。“我们还需要从根本上简化输出信号。所有这些原始输入数据会让机器人不知所措。此外，即使是人类也不会感知每个个体受体的输出。我们只是记录下整体印象。”
尽管还有很多工作要做，这个项目看起来还是很有希望的。难怪上周颁发的星火奖(Spark Award)提名者中有韦沙特。
传感器的电子显微镜图像，显示膜和附着在膜上的珠子。鸣谢:苏黎世联邦理工学院/约翰内斯·韦查特非常规方法
正如他的桌子所揭示的那样，威查特倾向于左外野方法。与他的同学们的功能性工作空间不同，他的工作空间实际上被一个小型室内植物丛林所包围。
他也很快偏离了他的导师克里斯托佛·希罗德和他的顾问科斯明·罗曼最初的建议。他们的想法是开发硅基触摸传感器。但是Weichart选择将传感器嵌入到柔性衬底中。这样，将它们安装到柔软和不平的表面上就更容易了。“我的顾问一开始有点怀疑，”他笑着说。“但是，现在回想起来，我认为这是一个正确的决定！”
从聚变能到传感器技术
最终，是繁文缛节的问题将Weichart推向了人造皮肤的方向。他刚从苏黎世联邦理工学院毕业，获得机械工程学位，最初加入Evatec AG公司，从事用于涂覆和蚀刻集成电路的等离子体工艺。然而，三年过去了，回到研究领域的时机似乎成熟了。
他在工业领域的工作引发了人们对核聚变技术的兴趣。“但是，因为我来自列支敦士登，我很难被国家研究项目考虑，”他解释说。为了寻找参考资料，他求助于指导他硕士论文的希罗德。令他高兴的是，Hierold提议他开始触觉传感器技术的项目。
柔韧的皮肤可以安装在任何表面上。清晰可见的是对传感膜施加压力的小珠。学分:苏黎世联邦理工学院/约翰尼斯·维查特“我在工业界的经验证明是非常有价值的，”维查特说。“你并不总是需要重新发明轮子——事实上，在已知技术的基础上构建往往更好。”他的目标不是追求学术上的完美，而是实践上的相关性:“这是我的动力。”他说，当涉及到新开发的商业化时，依靠成熟的技术可能是一种优势。“作为一家初创企业，你永远无法控制整个流程链。总有一些部分你需要外包。”
目前，他的创业雄心暂时搁置。“我还有一年左右的博士生时间，然后我会开始考虑我的下一步行动。”如果他自己来推进这个项目——也许是作为一名先锋研究员——他需要非常仔细地考虑应该关注哪个领域。他发现了各种领域的潜在应用，包括医疗机器人、远程机器人、仓库机器人以及假肢。但是在这个发展阶段，他不可能把所有这些选择都做好。
着眼于奖品
保持专注可能是他未来几个月最大的挑战。“我不迷恋细节，”他承认，“我可以很快开始追逐新的想法。但这可能会很快失控。”事实上，他已经有很多事情要做:微技术、电子、精密机械、数据处理、材料集成和人工智能模式识别——所有这些领域都将在未来一段时间内锻炼他的注意力。
实验室之外的定期活动有助于他关注奖励。“我骑自行车，在山里滑雪，冬天在湖里游泳，打拳击和综合武术，以帮助我的协调和自信，”他说。"这解放了我的头脑，帮助我重新专注于手头的工作."
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