轻触
用力触碰
用力捏
放松状态
都说机器人没有感觉,可现在你打人形机器人,它真的会“疼”了。
来自香港城市大学的研究团队提出了一种全新的神经形态机器人电子皮肤(neuromorphic RE-skin,NRE-skin)。
相比于以往的电子皮肤,NRE-skin没有继续沿用传统电子皮肤的“模拟信号采集”思路,而是模拟人类,直接把触觉转译成神经元式的脉冲信号。
在生物系统中,感觉信号经历的是一个分级处理过程:刺激由末梢神经的局部“感受野”捕获并编码,再通过神经纤维层层递进、逐渐聚焦,最终形成完整的感觉信息传导至大脑。
NRE-skin遵循这一思路,在硬件层面实现了“传感器即神经元”的设计:它将每个压力传感器直接与一个微型振荡电路相集成。
当皮肤感知压力时,传感器的电阻变化会即时调控振荡电路,导致其输出的脉冲信号频率发生改变。
具体而言,压力越大,脉冲发射得越密集,以此完成压力强度到脉冲频率编码的直接转译。更巧妙的是,为了精确定位,每个传感器被赋予了一组独特的无源元件(电阻R和电容C)作为其“位置指纹”。这些元件的配置使得每个位置发出的脉冲,在形状、宽度或幅度上都具有独一无二的特征。
由此,NRE-skin通过这种“频率—强度,特征—位置”的编码方式,将所有复杂的触觉信息高效地汇聚到单一传输通道中。
在将触觉信息编码为脉冲信号后,NRE-skin借鉴人类皮肤的分层处理,设计了四层结构(封装层、传感层、电路层、基底层)。而且还在电路层面建立了分层的、神经状的感受野结构,以实现信号的渐进降维和数据流简化。
在此基础上,研究人员进一步集成了两大高级功能:主动疼痛感知与局部反射。NRE-skin具备基于疼痛阈值触发的局部反射机制。电路层面的“疼痛中心”实时监测脉冲频率所反映的压力强度。
一旦压力超过阈值,系统会绕过中央处理器,直接触发类似脊髓反射弧的机制,实现毫秒级的即时保护动作(如缩回),大幅提升机器人的安全响应能力。
NRE-skin 通过检测传感器周期性产生的“活脉冲”状态,实现了皮肤损伤的精确自检和定位。一旦脉冲停止,即意味着皮肤受损。结合其模块化快拆设计,这极大地简化了受损皮肤单元的快速更换与维护流程。总体看来,NRE-skin 不仅是一种更高效的电子皮肤,更是一种具备自主感知、实时判断和自我保护机制的仿生智能系统,为未来制造更安全、更具人性化的仿人机器人奠定了坚实的工程基础。 综合