盘点人形机器人中的传感器

文章来源：机器人网

原文作者：我的果果超可爱

机器人可以说是目前最炙手可热的话题，人形机器人和通用人工智能可以说是未来科技行业的制高点，工业和信息化部将人形机器人定位为“集成人工智能、高端制造、新材料等先进技术，有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品，将深刻变革人类生产生活方式，重塑全球产业发展格局”。

颠覆性的产品向来都是会带来新的技术革命，人形机器人伴随着本体技术的不断发展，以及通用性人工智能和传感器技术的迭代，目前已经从幕后的小范围实验室走到了商业化普及的前台。终端产品的应用和相关技术的发展向来都是相辅相成的，像是最新的AI视觉、类皮肤传感器和应变传感器都是新兴传感器的变种发展。

“眼睛”：事件视觉传感器

传统图像传感器根据自身设定帧率来捕捉光线并且记录感光数据，而想要做一个拥有视觉感知机能的机器人，就需要对你想看的对象做出识别。举个最简单的例子，我们在玩射击枪战类游戏时，尤其是在和对方激烈交火时，注意力往往都会被画面中动态的东西所吸引，大脑自动的把背景忽视了一样，视野里物体动作的感知然后再大脑进行判断并控制手部的动作，进而达成游戏的胜利任务，背后其实就隐含着一套逻辑算法流程。

(图片来源：基于事件的视觉传感器(EVS)技术)

而这种基于事件的视觉传感器(以下简称EVS)模拟了人类视神经。完全不同于传统的基于帧的图像传感器，EVS只会将有亮度变化的部分捕捉为轨迹，因此没有帧的概念，也就是不会将感知到的静态对象识别为图像，其特点是即使高速移动的物体也能实时监测。

“手掌”：触觉传感器

触觉是人类社会最不起眼但也是最常用的感觉，像是我们每天都离不开的手机，触摸屏幕、指纹打卡等都是一种按压式的触觉。要想打造完美的人形机器人让其拥有触觉想必是必不可少的，研究人员提出了一种新型的柔软且可拉伸的电容式传感器。

(图源：《Touch, press and stroke: a soft capacitive sensor skin》)

这种传感器通过电容量和电极之间的差异来获取法向力和剪切力，其结构是在一个柔软平坦平面的上方构造四个垂直电极，与下面的电极重叠，当受到外力时传感器能够感知并且区分传感器的压力和剪切力。如下图也揭示了不同按压力度和不同角度时传感器的感情情况，当一个不平坦的表面接触并按压传感器时，也就意味着四个电极受到的各个方向的力也不相同，就好像人手在触摸到粗糙的乒乓球拍时会感受到凹凸的颗粒感。这种新型的传感器成本低廉，能够大面积的制造扩展成传感器阵列，形成类似的皮肤传感器。

(图源：《Touch, press and stroke: a soft capacitive sensor skin》)

“皮肤”：折纸传感器

说起皮肤那向来都是光滑有触感的，那么人形机器人也不例外，研究人员以纸为基底，通过浸渍聚(3,4-乙撑二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT/PSS)溶液实现了大面积低成本的柔性可折叠传感器，该传感器拥有普通纸张的多微孔结构，可以在压力的刺激下通过层间接触面积的变化调节器件导电电流，从而实现外界应力刺激的捕捉与反馈。

(图源：ACS Appl. Mater. Interfaces)

值得注意的是，该类型传感器有着极强的柔韧性，可以通过多次折叠变身成为高性能传感器件，经过三次折叠后，开关导通、关闭所需的电流呈现出不同的幅值。这种优异的力-电性能刚好类似人类的皮肤，我们都知道不同位置的皮肤对于刺激的感触不一样，这是由于神经分布的不同，那要是我们想打造一个人形机器人，自然全身上下的皮肤通过不同的层叠实现了类似于神经分布的方式，那么其内部的线路控制几乎减少了一半之多。

(图源：ACS Appl. Mater. Interfaces)

同时，用一个金属器件压在大面积的折纸传感器上方，就像一个人把重物放在胸前或者肚皮上，可以感受到的物品的形状和压力。

(图源：ACS Appl. Mater. Interfaces)

随着技术的不断革新演变，越来越多的传感器正在从实验室向着商业化走来，人形机器人以前可以说是存在于科幻小说和电影里的，但是现在在成本低性能好的传感器加持下，实现的脚步越来越快。

审核编辑：汤梓红