新加坡国立大学的研究人员为电子皮肤开发了一款反应灵敏、“健壮”的人工神经系统。
eurekalert.org网站7月18日报道，新加坡国立大学（NUS）材料科学与工程助理教授Benjamin Tee的团队开发了一款新型人工神经系统——异步编码电子皮肤（ACES）。ACES具有超高的损伤响应能力和耐用性，可与任何类型的传感器皮肤搭配使用，有望使机器人和假肢设备具备与人类皮肤相当、甚至更好的触觉。相关成果刊登于《科学机器人》杂志。Tee说：“人类借助触觉完成大量日常工作，例如端起咖啡或握手。如果没有触觉，人类甚至可能失去走路时的平衡感。与之类似，机器人也需要有良好的触觉来保证它们与人类更好地交流。然而直至今日，机器人对人类来讲还是不够友好。”Tee一直致力于电子皮肤技术的研究，他希望能让机器人和假肢设备具备更好的触觉。
Tee的团队从人类的感觉神经系统中汲取了灵感。他们花了将近一年半的时间开发了ACES。ACES可以像人类的神经系统那样探测信号，但与人类皮肤上中的神经束不同，它是由单一导体连接的传感器网络构成的。ACES与现有电子皮肤的显著区别在于，它没有相互缠绕、连接的布线系统，因此灵敏度更高，也更容易扩大化。Tee解释说：“人类的感官神经系统不仅效率很高，还非常健壮。例如，当我们被割伤时，触觉不会因此受到太大影响。因此，如果我们能够模仿人类的生物系统工作原理，那么机器人领域将取得巨大进步。”
ACES具有高保真度和超快检测速度，其检测触摸的速度大约是人类感觉神经系统的1000倍。它能够在不到60纳秒的时间内区分不同传感器之间的物理接触，这是目前电子皮肤技术史上最快的速度。启用了ACES的电子皮肤还能在10毫秒内准确识别物体的形状、纹路和硬度，这一速度比眨眼速度还快近10倍。ACES平台还具备很强的稳定性。由于电子皮肤经常与环境进行物理接触，受到物理损伤的可能性很大。与现有电子皮肤不同，ACES中的所有传感器都是与通用导体相连，每个传感器的工作是相对独立的。因此，只要传感器和导体之间还存在连接，ACES就还能保持工作。
ACES简单的布线系统和出色的响应能力，使其具备良好的扩展性。Tee解释说：“可扩展性是我们需要考虑的重要因素。大型高性能电子皮肤需要覆盖的面积很大，而ACES可以很轻松地与任何类型的传感器皮肤配对。例如，温度、湿度传感器与ACES搭配后，电子皮肤会有更广泛的用途。”
此外，ACES还有望与自愈、防水皮肤结合，组成可自我修复的电子皮肤，帮助残疾人恢复触觉。其他潜在的应用方向还包括救灾机器人和仓库机器人等。NUS的研究人员希望在下一阶段的研究中将ACES平台应用于更加先进的机器人和假肢设备。
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编译：雷鑫宇
审稿：alone
责编：唐林芳
期刊来源：《科学机器人》
期刊编号：2470-9476
原文链接：https://www.eurekalert.org/multimedia/pub/206503.php
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