基于電阻抗和聲學(xué)成像的仿生機(jī)器皮膚

皮膚是人體面積大的器官，起保護(hù)、感受外界觸覺刺激等作用，經(jīng)過感知處理的過程可以實(shí)現(xiàn)大面積的觸覺感知，這對(duì)于人機(jī)交互而言是十分重要的特征，因此，電子皮膚（e-skin）的相關(guān)研究致力于將人體皮膚的各特征復(fù)制到人造電子皮膚上。行列式的陣列電J排布是電子皮膚為常見的觸覺感知實(shí)現(xiàn)路徑，這種方法能夠在較少數(shù)量電J的情況下實(shí)現(xiàn)大面積的觸覺感知，但存在制作復(fù)雜、連線繁雜等問題。此外，還有使用立體攝像機(jī)或加速度計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法，但都尚未實(shí)現(xiàn)人類皮膚的特性（保護(hù)、多模式傳感和可擴(kuò)展性），特別是在耐用性、成本效益和可修復(fù)性等實(shí)際要求方面。

韓國科學(xué)技術(shù)院的J. Kim課題組提出了一種基于水凝膠彈性體混合物的仿生機(jī)器皮膚，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)靜態(tài)（按壓）、動(dòng)態(tài)（表面振動(dòng)、滑動(dòng)等）觸覺的識(shí)別。皮膚分為三層結(jié)構(gòu)，表面的一層起保護(hù)作用，中間的水凝膠層構(gòu)成機(jī)器皮膚的主體，由于其具有導(dǎo)電性，因此可以實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳遞。水凝膠層和底層之間分布著電J和麥克風(fēng)陣列，由于水凝膠層的可形變性，其對(duì)壓力可以產(chǎn)生阻抗變化的響應(yīng)，電J陣列通過電阻抗成像技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)按壓壓力的識(shí)別；當(dāng)皮膚表面有振動(dòng)、摩擦的激勵(lì)時(shí)，振動(dòng)通過水凝膠傳遞至麥克風(fēng)，便可以產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)響應(yīng)。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，可以實(shí)現(xiàn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)觸覺的模態(tài)識(shí)別。