在機器人技術領域,一項突破性成果為仿人機器人的發展帶來了全新可能。科研團隊成功研發出一種神經形態機器人電子皮膚,這一創新成果有望解決機器人與人類協同作業時面臨的諸多安全問題,大幅提升人機交互的體驗。
人類在遭遇滾燙或尖銳物品時,感覺神經會迅速向脊髓發送信號,在大腦還未完全處理疼痛信號前,就能觸發近乎瞬時的躲避動作,這種反射性反應有效避免了人體遭受嚴重傷害。然而,現有的仿人機器人大多依賴集中式處理系統,傳感器收集的數據需傳輸至中央處理器,經分析后再轉化為運動指令。這一過程即便存在極短延遲,在機器人與人類協同作業場景下,也可能造成損害,這成為機器人領域長期存在的難題。
隨著機器人逐漸走出受管控的工業場景,進入家庭、醫院和公共場所,它們需要以更具本能的方式與周圍環境互動。為此,科研人員研發出這款神經形態機器人電子皮膚(簡稱 NRE 皮膚),旨在賦予機器人這種能力。
目前,大多數機器人皮膚功能較為單一,僅具備壓力傳感功能,只能檢測到接觸發生,卻無法判斷接觸的危險程度。而 NRE 皮膚則模仿了生物皮膚處理感官信息的方式,采用仿神經的分層架構,可將觸覺輸入轉化為類似人類神經信號的電脈沖序列。
NRE 皮膚由四層結構組成。最外層是類似人類表皮的防護層,起到保護作用;防護層下方是兼具傳感器與電路功能的“類感覺神經”結構,它能夠持續監測壓力、作用力以及自身結構的完整性。即便未受到觸碰,該結構也會向機器人的中央處理器發送周期性電脈沖,以此反饋系統處于正常工作狀態。一旦皮膚出現劃傷或破損,脈沖信號便會中斷,機器人據此就能檢測到損傷并定位破損位置。
當皮膚受到觸碰時,會產生包含壓力大小相關信息的電脈沖信號。在常規情況下,這類信號會被傳輸至中央處理器進行解讀。但當作用力超過預設閾值(該閾值標志著接觸可能造成疼痛或損傷)時,系統會啟動不同響應模式。此時會有一個高壓信號直接發送至機器人的運動模塊,繞開中央處理器,觸發即時的反射動作,例如縮回手臂。
這款電子皮膚還具備快速維護的顯著優勢。它由帶磁性的模塊化貼片構成,當某個貼片受損時,可快速拆卸更換,數秒內就能完成破損部位的修復,無需復雜繁瑣的檢修流程。
科研人員在相關論文中指出,NRE 皮膚采用仿神經的分層架構,可實現高分辨率觸覺感知、主動式疼痛與損傷檢測,并能觸發局部反射動作,同時支持模塊化快速拆卸維修。這種設計大幅提升了機器人的觸覺感知能力、操作安全性,以及人機交互的自然度,為研發具備共情能力的服務型機器人奠定了基礎。
據《美國國家科學院院刊》報道,該科研團隊目前正致力于提升系統的靈敏度,使其能夠精準處理多個同時發生的觸碰信號,以滿足機器人在復雜多變的人類環境中作業的關鍵需求。















