正文 第61章 電子皮膚係統(1 / 2)

電子皮膚,是一種像人類皮膚一樣感知外部壓力和傳導觸覺信號的係統。由美國麻省理工學院的技術人員研發而成的一種電子皮膚,其結構簡單,但技術關鍵點在於一種名為QCT的複合材料。其他類似的發明還有飛利浦公司研製的電子皮膚。

美國麻省理工學院在實驗室測試了這種電子皮膚,它幾乎可以和人體皮膚一樣感知不同的外部壓力,以相同速度傳導觸覺信號。盡管電子皮膚仍存在一些設計障礙,與理想仍有差距,但足以運用到機器人製造等領域。

機器人的製造過程中,電子皮膚起了很大的作用。機器人來裝卸貨物時,由於它不會精準地感知到外力,所以在工作時經常出錯,把貨物弄壞。“托住一個裂開的雞蛋而不捏碎它,幾乎人人都能做,”美國加利福尼亞大學計算機科學助理教授阿裏·賈韋說,“但機器人肯定會直接弄碎。如果機器人換上了電子皮膚,那麼它對外力的感應就會把握得十分準確,在工作中就不會無故弄壞貨物。”

這種電子皮膚由賈韋領導的科學團隊製作。依照法新社的描述,電子皮膚的基礎體是一種聚合樹脂製成的膠片,膠片表麵有黏性,覆蓋有發揮信號感知和傳導作用的一種鍺矽混合納米線,而後在納米線上安裝納米級傳感器,再覆蓋一種對壓力敏感的橡膠。

先期製作並投入測試的電子皮膚麵積隻有49平方厘米,但它可以感知從0帕到15千帕的壓強。諸如人類敲打鍵盤、托物體時皮膚感知的壓強均在這一範圍內。

賈韋領導的科學團隊製作出的這種皮膚係統的關鍵點是名為QCT的複合材料。QCT是一種金屬活性聚合材料,由金屬或非金屬碎料壓製而成,這種材料能對微小的壓力和觸感進行測量並通過電阻值的變化反饋給電路,這就如同通過調光開關控製燈泡的亮度一樣。由於QCT自身所具備的這種獨特性能,它可被製作成各種形狀和大小的壓敏開關。通過絲網印刷後的QCT材料的厚度可薄至75微米。

QCT材料不但能感知物體的硬度還能監測到物體的硬度等級。此外,借助XY掃描技術,使用QCT技術的機器人還能獲得不同區域(如前臂、肩部和軀幹)的綜合知覺信息。

QCT的運行功耗極低,整個係統無移動部件,可直接與物體接觸而無需任何空氣層。這使得其十分可靠,其可被一體化集成到超薄電子設備中,同時還具備極長的運行壽命。

QCT技術已先期在美國宇航局的機器人項目上獲得了應用,其先進的傳感技術和機械臂在世界均屬領先。研究人員下一步的目標是讓機器人具有與人類更為接近的觸覺並增強其與人類的互動能力。

由美國斯坦福大學華裔科學家鮑哲南領導的研究團隊用另一種不同工藝也製造出一種人造皮膚,這種人造皮膚由覆蓋傳感器的一種特殊橡膠製成,這種橡膠在獲得外部壓力時可改變內部密度,從而傳導不同的觸覺信號。

愛爾蘭都柏林三一學院納米學的科學家高度評價這兩種電子皮膚,稱它們是人造科學中的“重要裏程碑”,解決了機器人觸覺難關。

現階段,機器人已經能夠感知視覺和聽覺,加上已經初步成型的觸覺,機器人距離真正的人類感知力隻剩下味覺和嗅覺兩大障礙。

日本科學家發明的電子皮膚由橡膠、導電石墨和新型晶體管組成。

電子皮膚在橡膠聚合體裏麵加入電傳感石墨薄片。當受到觸碰的時候,它的電阻會發生變化,這些變化立即被藏在皮膚表層下麵的一係列晶體管察覺到。

主要的困難在於讓這個裝置的反應變得像真人皮膚一樣靈活,最終能夠穿在機器人的手臂上。傳統微型芯片的晶體管是由矽材料製成的,堅硬易碎。但是日本科學家使用一種叫做並五苯的柔軟的有機材料代替製造晶體管。電子皮膚的傳感器係統由32×32的軟材料晶體管方陣組成,每個2.5平方毫米。科學家希望能夠造出比這還小100倍的晶體管,這種電子皮膚能夠被大幅度彎折而不會破壞晶體管,甚至把它包在2毫米直徑的棒上仍能繼續工作。