中国研究人员受鸭嘴兽启发研发多受体皮肤 可改进机器人感知能力

盖世汽车讯 虽然在过去几十年中，工程师们已经研发出越发先进的仿生系统，但是此类系统的感知能力通常远远不及人类或其他动物的感知能力。不过，设计和制造更加先进的传感器和人造皮肤可以进一步改进此类仿生系统，让其能够准确地从周围环境中捕捉到广泛的感官信息。

据外媒报道，中国科学院北京纳米能源与系统研究所（Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems）与清华大学（Tsinghua University）的研究人员最近研发了一款新型多受体皮肤，其设计灵感来自于鸭嘴兽的感官能力。鸭嘴兽是一种神奇的动物，结合了鸭子、海狸和水獭的一些物理特征。该团队的该款多受体感知系统可用于提升机器人、触觉系统和假肢系统的感知能力。

受鸭嘴兽启发研发多受体皮肤（图片来源：中国科学院北京纳米能源与系统研究所）

鸭嘴兽具有一种独特的双重感官系统，因而与其他水生和产卵动物不同。此种独特的感官系统使其可以探测到环境中的电学和机械变化，提升其在不依赖视觉的情况下发现猎物或潜在威胁的能力。

研究人员表示：“我们的目标是在人工皮肤中复制鸭嘴兽的能力，其中结合触觉和远程感知功能，从而扩展人工系统的感知范围，让机器人在不完全依赖物理接触的情况下探测环境并与环境交互。这将大大提升机器人应用的交互和控制能力，克服传统触觉传感器依赖直接接触才能有效工作的局限性。”

该款受鸭嘴兽启发研发的人工皮肤的设计基于两个关键原则，即接触起电（contact electrification）和静电感应（contact electrification）。当其与另一种材料接触时，两种材料中电子云的重叠有助于电子的转移，最终产生摩擦起电现象，让皮肤可以感知到触觉刺激。

如果要从远处获取感官信息（即远程感知），该皮肤则会依靠静电感应。简而言之，弹性体（该皮肤基于此制成）中结构掺杂的纳米粒子增强电介质极化现象，让该系统可以在附近存在带电物体时探测到电场的变化。

研究人员表示：“就组成结构而言，该款多受体皮肤采用了单电极设计，由PTFE和PDMS薄膜、嵌入无机非金属纳米粒子以增强介电性能的弹性体，以及用作电极的银纳米线（AgNW）层组成，而且还有一个PDMS封装基底以保证灵活性且提供保护。”

研究人员研发的该款感知系统的最大优点在于其采用了双重感官设计，模仿了鸭嘴兽的电感受和机械感受能力。此种独特设计让该皮肤能够在接触到物体以及远离物体时，都能准确地探测到物体，并收集具有高灵敏度的触觉信息。

当将该款受鸭嘴兽研发的皮肤与深度学习技术相结合时，其取得了非常有发展前景的结果，能够以99.56%的准确率快速识别材料，并能探测到远处的物体。

传统的感知系统在不同环境下往往难以调节电荷和探测物体，与之相比，该款多受体皮肤能够更好地控制其电荷，同时在动态现实环境中也能保持稳定性。

该款由中国研究人员设计的皮肤可能有助于促进研发从远处感知物体的新技术，也被称为远程感知系统。此类系统在现实世界中有着广泛的应用，从在极端气候下进行环境监控到人机交互与自动机器人导航等。

研究人员的该项研究也为其他依赖双重感官设计的感知系统铺平了道路。此外，研究人员们还在通过提高其多功能性以及促进其得到大规模部署，进一步改进该款多受体系统。

在下一次研究中，研究人员还将尝试改进该系统的数据处理能力，以便让其可以实时可靠地处理数据、准确地探测物体。这对于需要快速处理感官数据的应用，如自动驾驶汽车和人机界面等，特别有利。