新發明一種可進一步增強機器人感知能力的液滴感應仿生電子皮膚

近年來，許多研究團隊一直在嘗試設計具有電子特性的人工皮膚，用于人形機器人、智能假肢和其他仿生系統。這些皮膚可以感知物體的紋理和觸覺屬性，使各種系統能夠根據檢測到的信息規劃其動作。

東華大學和新加坡國立大學的研究人員最近開發了一種新的電子皮膚（e-skin），能夠感知液體在物體上滑動的信息。這種電子皮膚在《自然通訊》期刊上發表，能夠將動態液滴滑動行為轉換為電信號，然后傳輸給指示器。

“我們的液滴電子皮膚（DES）旨在增強智能機器人感知液滴環境的能力，縮小機器人電子皮膚和人類皮膚在液滴感知方面的差距，”該論文的第一作者徐云龍告訴Tech Xplore。“這是因為目前還沒有電子皮膚能夠深入感知液滴的滑動行為。”

人類天生具有檢測皮膚上液滴滑動行為的能力，這在濕環境下完成手動任務時非常有價值。為了在他們的電子皮膚中再現這種能力，白志清及其同事從日常現象中汲取靈感，即足球在瓷磚地板上的滾動。

“這項工作主要由東華大學團隊完成，新加坡國立大學的李成柯和孫仲達進行實驗優化和論文修改，白志清也幫助修改了論文，”徐說道。“我們的電子皮膚基于摩擦電機制，即液滴與電子皮膚之間的接觸起電和靜電感應。”

這個研究團隊創建的DES由交錯的電極網絡組成。這些電極可以檢測液滴的各種動態滑動行為，并利用產生的摩擦將其轉換為電信號。

“液滴滑動行為的感知主要歸功于巧妙設計的層間交錯電極網絡，”徐解釋道。“這些電極由同一層上的兩系列電極組成，彼此不導電。我們的設計還確保了液滴與每系列電極之間的感應距離相同。”

電子皮膚將滑動液滴的行為轉換為電信號后，會將這些行為的視覺反饋傳輸給指示器。值得注意的是，這種皮膚還可以監控液滴的流動方向并控制水的泄漏。

“這篇論文提供了一種自供電仿生液滴電子皮膚，通過將各種動態液滴滑動行為轉換為電信號，深入感知液滴滑動行為，從而增強智能機器人設備在常見液滴環境中的感知能力，”徐說道。

在最近的論文中介紹的這種電子皮膚可能很快會集成到現實世界的機器人系統中，以進一步評估其性能。未來，它可能有助于開發具有更先進觸覺感知能力的人形機器人，進一步縮小人類與機器人感官感知之間的差距。

“我們的仿生DES極大地縮小了人工電子皮膚和人類皮膚在感知能力上的差距，并在軍事、救援和日常生活中帶來了廣闊的應用前景，”徐補充道。“我們現在計劃繼續優化其靈敏度和抗干擾能力，并使用機器學習來增強其更強大的感知能力。”