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中国科研人员研发新型电子皮肤
2025/12/31 作者:远洋 文章来源:IT之家 

中国科研人员研发出一种神经形态机器人电子皮肤,这种皮肤能让仿人机器人实现触觉感知、损伤检测,并像人类神经系统那样,对有害接触做出快速的反射式动作。

 

这项成果解决了机器人领域一个长期存在的难题。人类在触碰到滚烫或尖锐的危险物品时,感觉神经会直接向脊髓发送信号,在大脑完全处理疼痛信号之前,就能触发近乎瞬时的躲避动作,这种反射性反应有助于避免人体遭受严重伤害。

然而,仿人机器人通常依赖集中式处理系统:传感器收集的数据必须传输至中央处理器,经分析后再转化为运动指令。这一过程中哪怕是极短的延迟,也可能造成损害,尤其是在机器人越来越多地与人类协同作业的场景下。

研究人员认为,随着机器人走出受管控的工业场景,进入家庭、医院和公共场所,它们需要更具本能的方式来与周围环境互动。这款新研发的神经形态机器人电子皮肤,正是为赋予机器这种能力而设计的。

大多数现有机器人皮肤仅具备压力传感功能,只能检测到接触的发生,却无法判断接触的危险程度。它们能够感知到有物体触碰机器人,但无法区分这种接触是否具有潜在危害性。

这款神经形态机器人电子皮肤(简称 NRE 皮肤)则更进一步,模仿了生物皮肤处理感官信息的方式。其采用仿神经的分层架构,可将触觉输入转化为类似人类神经信号的电脉冲序列。

该电子皮肤由四层结构组成:最外层是类似人类表皮的防护层;防护层下方是兼具传感器与电路功能的“类感觉神经”结构,可持续监测压力、作用力与自身结构的完整性。

即便未受到触碰,这种皮肤也会向机器人的中央处理器发送周期性电脉冲,以此反馈系统处于正常工作状态。一旦皮肤出现划伤或破损,脉冲信号便会中断,机器人据此就能检测到损伤并定位破损位置。

当皮肤受到触碰时,会产生电脉冲信号,这些信号中包含了压力大小的相关信息。在常规情况下,这类信号会被传输至中央处理器进行解读。但当作用力超过预设阈值(该阈值标志着接触可能造成疼痛或损伤)时,系统会启动不同的响应模式:

此时会有一个高压信号直接发送至机器人的运动模块,绕开中央处理器,触发即时的反射动作,例如缩回手臂。

研究人员在论文中写道:“我们研发的神经形态机器人电子皮肤,采用仿神经的分层架构,可实现高分辨率触觉感知、主动式疼痛与损伤检测,并能触发局部反射动作,同时支持模块化快速拆卸维修。这种设计大幅提升了机器人的触觉感知能力、操作安全性,以及人机交互的自然度,为研发具备共情能力的服务型机器人奠定了基础。”

这款电子皮肤还具备快速维护的特点:其由带磁性的模块化贴片构成,受损贴片可快速拆卸更换,数秒内就能完成破损部位的修复,无需复杂繁琐的检修流程。

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