中国科学家研发电子皮肤：让机器人感知危险并触发反射动作

来自IT之家的12月31日消息，由中国科研人员研发的一种新型神经形态机器人电子皮肤问世，这种电子皮肤能让仿人机器人实现触觉感知和损伤检测，还能如同人类神经系统一般，对有害接触作出快速的反射性动作。

这一成果解决了机器人领域一个长期存在的难题。当人类接触到滚烫或尖锐的危险物品时，感觉神经会直接向脊髓发送信号，无需等待大脑完全处理疼痛信息，就能触发近乎瞬时的躲避动作。这类反射反应能有效避免人体遭受严重伤害。

然而，仿人机器人通常依赖集中式处理系统：传感器收集的数据必须传输至中央处理器进行分析，再转化为运动指令。这个过程即使存在极短的延迟，也可能造成损害，尤其是在机器人与人类协同作业愈发普遍的当下。

研究人员认为，随着机器人走出受管控的工业场景，进入家庭、医院和公共场所，它们需要以更本能的方式与周囲环境互动。这款新研发的神经形态机器人电子皮肤，正是为赋予机器这种能力而设计的。

据IT之家了解，目前大多数机器人皮肤仅具备压力传感功能，只能检测到接触的发生，却无法判断接触的危险程度。它们能够感知有物体触碰机器人，但无法区分这种接触是否具有潜在危害。

这款神经形态机器人电子皮肤则更进一步，模仿了生物皮肤处理感官信息的方式。其采用仿神经的分层架构，可将触觉输入转化为类似人类神经信号的“电脉冲序列”。

该电子皮肤由四层结构组成：最外层是类似人类表皮的保护层；保护层下方是兼具传感器与电路功能的“类感觉神经”结构，可持续监测压力、作用力与自身结构的完整性。

即便未受到触碰，这种皮肤也会向机器人的中央处理器发送周期性电脉冲，以此反馈系统处于正常工作状态。一旦皮肤出现划伤或破损，脉冲信号便会中断，机器人据此就能检测到损伤并定位破损位置。

当皮肤受到触碰时，会产生特定的电脉冲信号，这些信号中包含了压力大小的相关信息。在常规情况下，这类信号会被传输至中央处理器进行解读。但当作用力超过预设阈值时，系统会启动不同的响应模式：

此时，会有一个高压信号直接发送至机器人的运动模块，绕过中央处理器，触发即时的反射动作，例如迅速缩回手臂。

研究人员在论文中写道：“我们研发的神经形态机器人电子皮肤，采用仿神经的分层架构，可实现高分辨率触觉感知、主动式疼痛与损伤检测，并能触发局部反射动作，同时支持模块化快速拆卸维修。这种设计大幅提升了机器人的触觉感知能力、操作安全性以及人机交互的自然度，为研发具备共情能力的服务型机器人奠定了基础。”

这款电子皮肤还具备快速维护的特点：其由带磁性的模块化贴片构成，受损贴片可快速拆卸更换，数秒内便能完成破损部位的修复，无需复杂繁琐的检修流程。

据《美国国家科学院院刊》报道，该科研团队目前正致力于提升系统的灵敏度，使其能够精准处理多个同时发生的触碰信号，这对机器人在复杂多变的人类环境中作业是一项关键要求。