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东大团队研发出新型电子皮肤

“穿”上它，机器人有了“触觉”

摸上去既柔软又光滑，除了颜色是黑色的，外表和功能和人的真实皮肤相差无几，这是由东南大学电子科学与工程学院吴俊教授课题组研发的一款全属性凝胶电子皮肤。机器人可通过它拥有“触觉”，在非结构化环境下工作更自如。近日，该成果在国际著名学术期刊《ACSNano》（《美国化学会·纳米》）在线发表。

人的皮肤不仅可以感知压力、温度、湿度等，还具备柔软度和弱酸性。要想达到真实皮肤般丰富的刺激感知感官和理化特性并不是件易事。“难度在于找不到合适的复合材料，”东南大学电子科学与工程学院博士生段升顺介绍，他们通过选择最终采用了桑蚕丝，“它本身是一种蛋白材料，具备可调的刚性，我们在里面加入了钙离子和氢离子，让整个体系保持弱酸性和柔软的特性。最后，还加入了一种二维的纳米材料，可实现环境刺激感知能力。”

看上去像一块皮肤了，功能上也具备了皮肤的多种属性，但要它发挥作用可不是这么简单。吴俊表示，最关键的就是背后的解耦和融合的算法。吴俊告诉记者，简单来说，一旦多属性的皮肤功能初步实现后，因为刺激源非常丰富，科学家需要知道它输出的电信号代表的是温度信息还是压力信息，高频压力信息还是低频压力信息等等，这就是解耦的过程。

多种信息在分别感知后还需要再次融合在一起，从而建立对皮肤接触物体或环境更精准的认知。“打个比方，当我闭着眼睛时，有个物体对我进行拍打，在解耦之后，我可以通过融合处理来判断出拍打力度和频率是多少，拍打的物体温度多少，形状是什么样的，是不是人类，男性还是女性。”吴俊说。

这款无限接近现实的电子皮肤有何妙用？在处于一个陌生环境下，人类可以借助视觉、听觉、触觉等多感官进行认知，而现有机器人往往更多的是依赖视觉，仅利用一两个摄像头来建立对周围环境的认知，离重建机器人全感知仿生域仍有很大差距，新型皮肤的研发可以赋予机器人多维感知能力，让它通过触觉的方式来构建对结构对环境的理解。

“这个环境是分两种的，一个是结构化的环境，也就是我们非常熟知的工作场所，这个场景是固定的。困难的是非结构化环境，这是一个非常陌生的环境。”吴俊进一步解释，在这样一个不可预估的环境下，让机器人来构建对场景的认知和理解，从而做出它应该有的比较高效和安全的动作，光依靠视觉是远远不够的，“穿”上新型电子皮肤后，它就可以依赖触觉更加自如地完成任务。