机器使用AI后，拥有媲美人类皮肤的触觉。你见过能灵活捡起鸡蛋并放好位置的机器人吗？不仅如此，它甚至还能穿针：即使你往它拿着的瓶子里倒水，它也不会掉落：这是香港城市大学、香港大学、卡内基梅隆大学科学家联合打造的机器人而南科大的触觉皮肤，效果堪比人体皮肤——不仅能准确感知力的方向和大小，还能准确定位外界刺激的位置。目前，该研究成果已发表在《科学》的子刊《Science Robotics》上。如此神奇的触感皮肤是如何制成的？将AI与磁膜结合首先，这款磁性皮肤使用基于磁膜的触觉传感器来感知力的大小和方向。这种触觉传感器的核心由单面多级正弦磁化磁膜和嵌入印刷电路板上的霍尔传感器组成。单面多级正弦磁化磁体也称为海尔贝克阵列。它的特点是可以大大增强另一侧的磁场，同时削弱一侧的磁场。论文第一作者严友灿发现，这个阵列有一个特殊的性质，可以让磁膜测量法向压力和切向力，互不干扰，力反馈更加准确。该技术多用于磁悬浮列车、粒子加速器、电磁炮等领域（冰箱磁铁也是基于类似原理）。当对磁性薄膜施加外力时，霍尔传感器会测量磁性薄膜变形引起的磁场变化，进而测量所施加外力的大小和方向。当然，在磁性薄膜和霍尔传感器之间，可以填充不同厚度和弹性的硅胶，以调节传感器的灵敏度和范围。这就是结局？当然不是，这款磁性皮肤还采用了深度学习算法，可以更准确地定位外界刺激。并且像人体皮肤一样，这种定位的精度可以超过传感器本身的物理分辨率（两个传感单元之间的距离），这就是所谓的超分辨率。磁皮会先通过霍尔传感器，粗略分析出小球所受的力在S5场的右上角。然后通过神经网络进行量化计算，将小球的接触位置定位在S5右上角坐标（X，Y）处。该方法确定的定位精度可达0.1mm，分辨率是6mm传感单元间距的60倍。制作的磁性皮肤有什么作用？定位精度可与人体皮肤的触觉皮肤相媲美。它不仅能实时反馈受力情况，自适应抓取易碎物体，还能根据受力变化和定位精度及时调整受力大小和方向。例如，在捡鸡蛋时，如果遇到人为外力，机械手会自动加大夹持力；如果松手，机械手会逐渐松开钳口，防止鸡蛋被压碎。这种根据力反馈改变作用力大小??的实验在注水实验中表现得更为明显。如果有力反馈，当夹持器夹住瓶子时，它可以根据装满水的瓶子的重量改变力，这样水瓶就不会打滑。但如果你关掉这个可以反馈力的触觉功能，当瓶子装满一定程度的水时，它就会从夹持器上滑落。不仅力的大小和方向反馈非常准确，触觉皮肤对外界刺激的定位也非常精准。例如，通过远程按压触觉皮肤，可以远程控制机械夹持器，轻松地将发丝般细的针线穿过针眼。据论文作者介绍，他们利用深度学习将超分辨率提升至60倍，相当于人类皮肤约40倍的超分辨率。作者表示，这款皮肤大大减少了机器人皮肤中的传感单元和布线，提高了智能皮肤的易用性。或许，未来使用这种皮肤的智能机器人会拥有和我们一样的触觉。作者介绍，该论文的第一作者严友灿是香港城市大学的博士生，研究方向为机械与生物医学工程。该工作由香港城市大学生物医学工程系沉雅静教授课题组和香港大学计算机科学系潘嘉教授课题组共同完成。其中，沉亚静和潘佳为论文的共同通讯作者。团队其他成员分别来自香港城市大学、CMU和南方科技大学。论文地址：https://robotics.sciencemag.org/content/6/51/eabc8801参考链接：https://scholar.google.com/citations?user=eY8D8JYAAAAJ&hl=en
