Credit: Cheng等近年来，全球无数机器人学家都在尝试开发能够人工复制人类触觉的机器人系统。此外，他们一直在努力创造越来越逼真和先进的仿生四肢和人形机器人，使用软材料而不是刚性结构。尽管具有与纹理相关的优势，但由柔软材料制成的机器人手通常无法收集广泛的感官信息。事实上，复制允许人类收集物体触觉信息的复杂生物机制到目前为止被证明是非常具有挑战性的。
北京北航大学的研究人员最近开发了一种新的触觉传感技术，可以应用于由软材料制成的机器人手指。这种机制是在arXiv上预先发表的一篇论文中介绍的，其灵感来自本体感觉，这是一种允许哺乳动物感知或意识到自己身体位置和运动的生物机制。
开展这项研究的研究人员之一常成告诉TechXplore，“我们最近的论文背后的想法是基于人类发现的本体感觉框架，这是决定我们身体位置和肌腱/关节负荷的因素。“想想当你戴上眼罩，捂住耳朵时，你仍然能感觉到你的手的姿势、手臂的位置，或者一个杂货袋有多重；这种能力被称为本体感觉。我们一直在进行一项假手研究项目，我们正在寻找解决现有假手缺乏感官反馈的方法。”
过去，机器人研究人员通常不会将本体感觉与触觉联系起来。事实上，人类的本体感觉机制不允许特别精确的反应，这可能是为什么人类不使用它来识别物体或表面的纹理。
然而，由于工业传感器远比人类本体感受器更敏感，将它们应用于机器人手指可以帮助研究人员收集更精确的触觉感官反馈。程和他的同事们创建的原型系统由一个线性致动器、一根肌腱(或电缆)、一个应变传感器和一个柔软的机器人手指组成，这在他们之前的一篇论文中有介绍。
Credit: Cheng等人:“肌腱将手指连接到致动器，应变传感器安装在肌腱的中间，”Cheng说。“当驱动致动器时，它拉动肌腱，这导致手指弯曲/伸直，肌腱上的应变也相应改变。当手指触摸不同物体时，传感器会输出一系列表征被触摸物体的应变信号。”
本质上，研究人员设计的技术从传感器的读数中提取特征。随后，它使用机器学习工具来破译机器人手指正在触摸的表面或物体的纹理和刚性。
程和他的同事通过使用他们创建的原型系统运行一系列测试来评估他们的触觉传感技术。他们发现，他们的技术能够以高精度(分别为100%和99.7%)破译纹理和硬度。
“大多数现有的关于支配仿生手指的研究建议在指尖表面安装传感器，”程说。“虽然这些研究已经产生了有希望的结果，但它们需要指尖传感器和物体之间的精确接触，这在实践中通常无法保证。我们研究的一个关键优势是，传感单元位于肌腱上，因此手指上任何地方的接触都会产生特征信号输出，可用于推断触觉信息。”
这组研究人员引入的新触觉传感方法是基于在机器人肌腱上嵌入传感器，这种方法以前从未被测试过，他们发现非常有希望。在未来，他们开发的系统可以用于开发更先进的机器人和假手，这些机器人和假手可以收集触觉和本体感觉反馈，而不需要与表面完美或精确的接触。
“我们现在正在探索这个系统的滑动检测能力，”程说。“当我们人类操纵或抓握事物时，打滑几乎是不可避免的，因此打滑的检测和控制对于稳健可靠的控制至关重要。因此，我们认为滑动检测将是一个很好的添加功能，我们的初步实验显示了非常有希望的结果。”
除了进一步开发他们的系统，研究人员正在与一家著名的纳米技术实验室合作开发一种低成本的触觉传感器，该传感器可以感知力/扭矩信号，并可以放置在机器人的指尖上。他们已经制作了一些这种设备的原型，现在正在评估它的性能。
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