前段時間，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(簡稱“ETH”)的研究人員正式研發(fā)出了一款能夠允許機器人手臂抓取易碎對象的低成本新型觸覺傳感器。這款觸覺傳感器具有高分辨率和高精度測量等優(yōu)點。

人類能夠輕松抓取易碎或濕滑的對象。觸覺可允許我們判斷自己是否牢牢地抓住了對象，或者對象是否會從手指滑出，從而相應(yīng)地調(diào)整抓取的力度。對于需要抓取易碎、易滑或表面復(fù)雜的對象的機器人手臂，它們同樣需要這樣的反饋。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的機器人研究人員針對所述情況開發(fā)了一種觸覺傳感器，并認為是向“機器人皮膚”邁出的重要一步。工程師們指出，這種傳感器的設(shè)計非常簡單，所以制造成本低廉。從本質(zhì)上說，它是由一個帶有彩色塑料微珠的彈性硅膠“皮膚”和一個貼在下側(cè)的普通攝像頭組成。

1. 使用純光學(xué)輸入的測量方法

傳感器是基于視覺運作：當它與對象接觸時，硅膠皮膚會出現(xiàn)一個壓痕，并改變微珠的圖案，而傳感器下側(cè)的魚眼鏡頭將進行記錄。根據(jù)圖案的變化，系統(tǒng)可以計算出傳感器的力分布。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院動態(tài)系統(tǒng)與控制學(xué)博士生Carlo Sferrazza表示：“傳統(tǒng)的傳感器只在一個點注冊所施加的力。相比之下，我們的機器人皮膚可允許我們區(qū)分作用在傳感器表面的幾個力，并以高分辨力和高精確度計算它們。我們甚至可以確定一個力的作用方向?！睋Q句話說，研究人員不僅可以確定對傳感器施加的垂直壓力，同時可以確定橫向的剪切力。

2. 基于數(shù)據(jù)的研發(fā)

為了計算出哪個力將微珠推到哪個方向，工程師們使用了一套完整的實驗數(shù)據(jù)：在通過機器控制標準化的測試中，他們研究了不同的傳感器接觸情況。他們能夠精確地控制和系統(tǒng)地改變接觸的位置、力的分布和接觸對象的大小。在機器學(xué)習的幫助下，研究人員記錄了數(shù)千次接觸的實例，并將其與微珠圖案的變化精確匹配。

迄今為止，最薄的傳感器原型機厚度為1.7厘米，測量面為5×5厘米。不過，研究人員正在努力利用同樣的技術(shù)來實現(xiàn)更大的傳感器表面，并配備多個攝像頭，從而能夠識別形狀復(fù)雜的對象。另外，他們的目標是將傳感器做得更薄。團隊認為現(xiàn)有技術(shù)可以實現(xiàn)僅0.5厘米的厚度。

3. 機器人，體育和虛擬現(xiàn)實

由于彈性硅膠是防滑材質(zhì)，而且傳感器可以測量剪切力，所以它非常適合用于機器人手臂。Sferrazza解釋道：“傳感器能在對象有可能從機械臂的抓取力中滑出時進行識別，這樣機器人就可以調(diào)整其抓取力。”

研究人員同時可以用這樣的傳感器來測試材料的硬度，或者用數(shù)字化的方式繪制觸感圖。如果集成到可穿戴設(shè)備中，騎自行車的人可以測量他們通過腳踏板對自行車施加的力，或者跑步者可以測量慢跑時對鞋子的作用力。最后，這樣的傳感器可以為需要觸覺反饋的應(yīng)用提供重要的信息，如虛擬現(xiàn)實游戲。