軟體手的多模態(tài)感知 Advanced Functional Materials

在人類感知世界的過程中，皮膚的多模態(tài)感知為我們感受真實的物理世界提供了重要的工具。正如人們用手指觸摸未知的物品，當具有多模態(tài)感知能力的機器人手摩擦未知物品時，機器人便能感知到物品的粗糙度；當機器人手隔空拂過位置物品時，它甚至能像X射線和3D掃描儀那樣感知到物品的材質(zhì)和形狀。因此，能夠感知環(huán)境的多模態(tài)傳感與擅長交互的軟體機器人的結(jié)合必然能擦出火花。

一期《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）報道了北京航空航天大學仿生軟體機器人實驗室在柔性傳感器與軟體機器人感知L域的研究。

該項工作開發(fā)了一套智能軟體機器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)ξ矬w的物理特性進行感知、描述和分類，可協(xié)助機器人解釋物理世界、與物理世界進行交互，為人工智能與世界的交互提供了可能的接口。

當前研究面臨的問題

軟體機器人具有與生俱來的安全無損特性，在各種實際應(yīng)用中逐步展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。基于壓電、壓阻、電容、摩擦電、和巨磁彈性效應(yīng)開發(fā)的大量柔性傳感器，能夠賦予軟體機器人感知能力，但它們的單一識別模態(tài)無法滿足機器人全方面智能的要求。軟體機器人，特別是軟體機器人手，需要類似于人類手部的多模態(tài)信息感知和描述能力。為了擴大軟體機器人的實際應(yīng)用范圍，開發(fā)G性能多模態(tài)柔性傳感器和集成機器學習的智能軟體機器人系統(tǒng)勢在必行。

迄今為止，人們已經(jīng)為開發(fā)多模態(tài)柔性傳感器做出了許多努力，然而在分離和解耦各種刺激類型的信號方面仍存在挑戰(zhàn)。雖然研究人員一直致力于開發(fā)具有多模態(tài)柔性傳感器的智能機器人以感知各種環(huán)境信息，然而，目前的智能機器手缺乏多面的多模態(tài)信息感知，尤其是對表面物理特性的描述能力。這些局限性為軟體機器手進一步感知多模態(tài)環(huán)境信息和執(zhí)行精細操作任務(wù)造成了阻礙。

結(jié)構(gòu)簡單的雙模態(tài)自供電柔性傳感器

研究團隊研發(fā)了一種基于摩擦納米發(fā)電機和巨磁效應(yīng)的雙模態(tài)自供電柔性傳感器（BSFS）。BSFS結(jié)構(gòu)簡單，由磁彈性導電薄膜和封裝的液態(tài)金屬線圈組成，可以在10毫秒的響應(yīng)時間內(nèi)準確檢測和解耦接觸和非接觸雙模態(tài)信號。

研究團隊在硅膠材料中摻入微磁體和碳納米管，制備具有多孔結(jié)構(gòu)的磁彈性導電薄膜。隨后，使用磁化儀對磁彈性導電薄膜進行磁化，使微磁體重新定向，然后印刷并用硅膠封裝液態(tài)線圈。所有組件都是由柔性材料制成的，因此BSFS整體結(jié)構(gòu)柔軟可變形。磁彈性導電薄膜還表現(xiàn)出顯著的磁彈性。