AiFoam由助理教授Benjamin Tee(左)领导的团队创建。研究小组成员郭(右)拿着智能泡沫的样品。学分:新加坡国立大学随着人工智能的进步，机器人和机器变得越来越聪明，但它们仍然缺乏像人类一样触摸和感受其微妙和复杂环境的能力。现在，新加坡国立大学(NUS)的研究人员发明了一种智能泡沫，它能给机器带来的不仅仅是人类的触觉。这种新材料被称为人工神经支配泡沫，或AiFoam，它柔软，摸起来像海绵，模仿人类的触觉，可以感知附近的物体，而不会实际接触，并在损坏时自我修复。与其他传统材料相比，AiFoam是世界上第一个同时执行这些功能的智能泡沫，有可能使机器人更加智能和互动。这种突破性的材料是由新加坡国立大学材料科学与工程系和健康创新与技术研究所的助理教授或本杰明·蒂领导的团队在两年多的时间里开发的。
“我们想表明，在机器人中复制人类的触觉是可能的，这为未来的应用开辟了人机交互的新范式，”助理教授Tee说。
这项发明发表在《自然通讯》上。
给机器人装备人类感官
人类的触觉使人们能够在不熟悉的环境中操纵物体和有效地操作。当与人类互动的机器拥有这种能力时，机器人的运动会更加顺畅、安全和可预测。
学分:新加坡国立大学以清洁机器人、机器人服务员等机器为例。如果他们能从远处检测到人类的存在，并利用这些信息推断出人类的意图，他们就能更快地做出反应，避免与人相撞，尤其是在拥挤的地区。
虽然一些先进的电子皮肤在与物体直接接触时可以感知压力，但没有一种能够感知相邻物体的运动方向，因为这需要更复杂的感知能力。新加坡国立大学团队决定开展研究，寻找解决这一技术挑战的方法。
AiFoam:帮助机器人更好地应对环境
泡沫铝是一种高弹性聚合物，通过将一种类似特氟隆的物质(称为含氟聚合物)与降低表面张力的表面活性剂混合而成。结果是一种材料，当分成几块时，很容易融合成一片。研究小组随后向这种材料中注入了微小的金属颗粒，这使得泡沫能够感知电容性物体的存在，比如人的手指。
新加坡国立大学团队决定开发这样一种泡沫，因为与传统的薄片相比，它可以变得更加敏感。泡沫的柔软度也可以通过改变空气与材料的比例来更好地控制。与其他常用的电子皮肤材料(如硅树脂)相比，这种泡沫还能让材料更好地感知人体存在的接近度。事实上，AiFoam能够在几厘米之外探测到人类手指的存在。其独特的配方使其能够更有效地检测人体存在，不像其他接近传感器一般利用光和反射，这可能导致更高的假阳性或假阴性率。
“通过我们特殊配方的泡沫，我们可以很容易地感觉到压力和距离，”助理教授蒂说。
为了模仿人类皮肤中的敏感神经末梢，研究人员在泡沫表面下嵌入了细圆柱形电极。他们能够探测到作用力的方向，而不仅仅是力的大小。这将使机器人能够更好地理解人类的意图，或者知道接触的物体即将滑动，以便它们能够更快、更恰当地做出反应。
泡沫中的表面活性剂使其即使在被切割后也能自愈，因此非常适合用于假肢等应用。泡沫可以拉伸到两倍以上的长度——230%——而不会破裂。为了治愈伤口，研究人员在四天内将其加热至70摄氏度。材料愈合约70%，仍可拉伸至其长度的近两倍(180%)。
未来的应用
新加坡国立大学团队正在探索与机器人公司的合作伙伴关系，并寻求将人工智能泡沫的使用扩展到机器人和假肢等领域，以实现人与机器之间更无缝的互动。
“泡沫铝的自愈特性，以及对接触力的敏感性，将使机器人能够更好地判断人类的意图，并构建未来一代机器人，能够更快、更有效地对环境变化做出反应，”助理教授Tee说。
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