在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，一項(xiàng)突破性成果為仿人機(jī)器人的發(fā)展帶來(lái)了全新可能。科研團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種神經(jīng)形態(tài)機(jī)器人電子皮膚，這一創(chuàng)新成果有望解決機(jī)器人與人類協(xié)同作業(yè)時(shí)面臨的諸多安全問(wèn)題，大幅提升人機(jī)交互的體驗(yàn)。
人類在遭遇滾燙或尖銳物品時(shí)，感覺(jué)神經(jīng)會(huì)迅速向脊髓發(fā)送信號(hào)，在大腦還未完全處理疼痛信號(hào)前，就能觸發(fā)近乎瞬時(shí)的躲避動(dòng)作，這種反射性反應(yīng)有效避免了人體遭受嚴(yán)重傷害。然而，現(xiàn)有的仿人機(jī)器人大多依賴集中式處理系統(tǒng)，傳感器收集的數(shù)據(jù)需傳輸至中央處理器，經(jīng)分析后再轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)指令。這一過(guò)程即便存在極短延遲，在機(jī)器人與人類協(xié)同作業(yè)場(chǎng)景下，也可能造成損害，這成為機(jī)器人領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的難題。
隨著機(jī)器人逐漸走出受管控的工業(yè)場(chǎng)景，進(jìn)入家庭、醫(yī)院和公共場(chǎng)所，它們需要以更具本能的方式與周圍環(huán)境互動(dòng)。為此，科研人員研發(fā)出這款神經(jīng)形態(tài)機(jī)器人電子皮膚（簡(jiǎn)稱 NRE 皮膚），旨在賦予機(jī)器人這種能力。
目前，大多數(shù)機(jī)器人皮膚功能較為單一，僅具備壓力傳感功能，只能檢測(cè)到接觸發(fā)生，卻無(wú)法判斷接觸的危險(xiǎn)程度。而 NRE 皮膚則模仿了生物皮膚處理感官信息的方式，采用仿神經(jīng)的分層架構(gòu)，可將觸覺(jué)輸入轉(zhuǎn)化為類似人類神經(jīng)信號(hào)的電脈沖序列。
NRE 皮膚由四層結(jié)構(gòu)組成。最外層是類似人類表皮的防護(hù)層，起到保護(hù)作用；防護(hù)層下方是兼具傳感器與電路功能的“類感覺(jué)神經(jīng)”結(jié)構(gòu)，它能夠持續(xù)監(jiān)測(cè)壓力、作用力以及自身結(jié)構(gòu)的完整性。即便未受到觸碰，該結(jié)構(gòu)也會(huì)向機(jī)器人的中央處理器發(fā)送周期性電脈沖，以此反饋系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。一旦皮膚出現(xiàn)劃傷或破損，脈沖信號(hào)便會(huì)中斷，機(jī)器人據(jù)此就能檢測(cè)到損傷并定位破損位置。
當(dāng)皮膚受到觸碰時(shí)，會(huì)產(chǎn)生包含壓力大小相關(guān)信息的電脈沖信號(hào)。在常規(guī)情況下，這類信號(hào)會(huì)被傳輸至中央處理器進(jìn)行解讀。但當(dāng)作用力超過(guò)預(yù)設(shè)閾值（該閾值標(biāo)志著接觸可能造成疼痛或損傷）時(shí)，系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)不同響應(yīng)模式。此時(shí)會(huì)有一個(gè)高壓信號(hào)直接發(fā)送至機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模塊，繞開(kāi)中央處理器，觸發(fā)即時(shí)的反射動(dòng)作，例如縮回手臂。
這款電子皮膚還具備快速維護(hù)的顯著優(yōu)勢(shì)。它由帶磁性的模塊化貼片構(gòu)成，當(dāng)某個(gè)貼片受損時(shí)，可快速拆卸更換，數(shù)秒內(nèi)就能完成破損部位的修復(fù)，無(wú)需復(fù)雜繁瑣的檢修流程。
科研人員在相關(guān)論文中指出，NRE 皮膚采用仿神經(jīng)的分層架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)高分辨率觸覺(jué)感知、主動(dòng)式疼痛與損傷檢測(cè)，并能觸發(fā)局部反射動(dòng)作，同時(shí)支持模塊化快速拆卸維修。這種設(shè)計(jì)大幅提升了機(jī)器人的觸覺(jué)感知能力、操作安全性，以及人機(jī)交互的自然度，為研發(fā)具備共情能力的服務(wù)型機(jī)器人奠定了基礎(chǔ)。
據(jù)《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》報(bào)道，該科研團(tuán)隊(duì)目前正致力于提升系統(tǒng)的靈敏度，使其能夠精準(zhǔn)處理多個(gè)同時(shí)發(fā)生的觸碰信號(hào)，以滿足機(jī)器人在復(fù)雜多變的人類環(huán)境中作業(yè)的關(guān)鍵需求。
