皮膚是人體中最大的器官，包在人身體，表面是人類與外界交互的媒介。

在每個(gè)人柔軟的皮膚下面都有超過(guò)150,000公里的神經(jīng)和數(shù)以萬(wàn)計(jì)的傳感器，以便快速、及時(shí)地向大腦傳輸周圍信號(hào)進(jìn)而使人體做出反應(yīng)。比如，當(dāng)一個(gè)人被咖啡杯燙到手時(shí)，他會(huì)立馬做出收回手的反應(yīng)。

那么如果機(jī)器人擁有了人類一樣的皮膚后，是否能像人類一樣靈活自如呢？

從而誕生了電子皮膚，顧名思義就是對(duì)人類皮膚進(jìn)行模擬甚至是還原，從而使機(jī)器人擁有像人類一樣的觸覺(jué)。

通常情況下，為了模仿人類皮膚的功能和機(jī)械特性、能夠像衣服一樣附著在設(shè)備表面，電子皮膚多由輕薄、透明、柔軟、拉伸性優(yōu)良的材料制成。

理想的電子皮膚應(yīng)具有快速響應(yīng)的觸覺(jué)感知和反饋能力、良好的擴(kuò)展性和耐用性。該項(xiàng)技術(shù)重點(diǎn)在于一種名為QCT的復(fù)合材料，由美國(guó)麻省理工學(xué)院的技術(shù)人員研發(fā)而成。

但目前人類在這個(gè)領(lǐng)域還需投入更多的資源去研發(fā)，在新加坡國(guó)立大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系、新加坡國(guó)立大學(xué)健康創(chuàng)新與技術(shù)研究所、N.1健康研究所任職的 Tee 助理教授表示：“人類通過(guò)觸覺(jué)來(lái)完成幾乎每一項(xiàng)日常任務(wù)，比如拿起一杯咖啡或握手。同樣，機(jī)器人也需要有觸覺(jué)才能更好地與人互動(dòng)，但如今機(jī)器人仍然無(wú)法很好地感知物體?！?/span>

圖片來(lái)源：OFweek維科網(wǎng)

不過(guò)，隨著不斷的深入研究和探索，人類在該領(lǐng)域也取得了一個(gè)又一個(gè)成果。比如在2019年7月18日研發(fā)出的異步編碼電子皮膚(ACES)。

這是一種具有更加強(qiáng)大的人工神經(jīng)系統(tǒng)的電子皮膚，該電子皮膚由新加坡國(guó)立大學(xué)(NUS)的一組研究人員研發(fā)，他們從人類的感覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)中獲得靈感，歷時(shí)一年半開(kāi)發(fā)出來(lái)。

作為一種神經(jīng)模擬架構(gòu)，ACES可以同時(shí)傳輸熱觸覺(jué)信號(hào)，同時(shí)保持極低的延遲。即使在內(nèi)部有超過(guò)10,000個(gè)傳感器，也不會(huì)影響它傳輸信號(hào)。

ACES由 240 個(gè)接收器（模仿皮膚受體）構(gòu)成，各個(gè)接收器之間相對(duì)獨(dú)立。每個(gè)接收器均由一個(gè)電阻傳感器、一個(gè)微控制器和幾個(gè)無(wú)源組件組成，同時(shí)利用分壓器電路將電阻轉(zhuǎn)換為電壓值。

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其中的傳感器主要由物理傳感器構(gòu)成，這種傳感器被放置在塑料夾層中，可以識(shí)別到壓力、彎曲及溫度，以便于提高機(jī)器人對(duì)外界的識(shí)別能力。

基于ACES的構(gòu)造，它與傳統(tǒng)的電子皮膚相比，最突出的優(yōu)點(diǎn)就是超強(qiáng)的反應(yīng)能力和抗損能力。

1、超快的反應(yīng)速度

由于接收器的電脈沖時(shí)序各不相同，ACES可在同一時(shí)間傳輸多個(gè)接收器信號(hào)，再將組合的寬脈沖信號(hào)傳輸至一個(gè)解碼器解碼。這將大大減少機(jī)器人從受到刺激到做出反應(yīng)所需的時(shí)間。

在研發(fā)的過(guò)程中，研究者裝置了多達(dá)240個(gè)人工機(jī)械感受器的原型陣列，這些感受器以1毫秒的延遲異步傳輸刺激信號(hào)，同時(shí)保持了小于60納秒（1納秒等于10億分之一秒）的超高時(shí)間精度，這使得ACES皮膚能在10毫秒內(nèi)準(zhǔn)確識(shí)別物體的形狀、質(zhì)地和硬度，比眨眼的速度還要快10倍。

可以說(shuō)，ACES就是一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)，它可以像人類感覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)一樣檢測(cè)觸覺(jué)信號(hào)，但它的檢測(cè)速度要比人類感覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)快1000倍以上。

2、超強(qiáng)的抗損傷能力

ACES 的設(shè)計(jì)使其能承受高度的損傷，對(duì)于電子皮膚來(lái)說(shuō)，這是一項(xiàng)非常重要的特性，因?yàn)樗鼈冃枰c環(huán)境進(jìn)行頻繁的物理接觸。

Tee 助理教授表示：“人類感覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)非常高效，它一直在起作用，到達(dá)了一種我們認(rèn)為理所當(dāng)然的程度。它也非常抗損傷。例如，當(dāng)我們被割傷時(shí)，我們的觸覺(jué)不會(huì)受到影響。如果我們可以模仿生物系統(tǒng)的工作方式并做得更好，那么我們就可以在主要采用電子皮膚的機(jī)器人領(lǐng)域取得巨大進(jìn)步?！?/span>

因此，ACES采用的是和傳統(tǒng)電子皮膚不一樣的構(gòu)造。ACES的傳感器不像傳統(tǒng)電子皮膚那樣是互相連接的，而是讓所有傳感器都可以連接到一個(gè)共同的導(dǎo)體，且每個(gè)傳感器獨(dú)立工作。

這樣一來(lái)，只要傳感器和導(dǎo)體之間存在一個(gè)連接，ACES使能的電子皮膚就可以繼續(xù)工作，從而不容易受到損傷的影響，而且還可以進(jìn)一步擴(kuò)大接收器數(shù)量，實(shí)現(xiàn)大范圍感知。

ACES電子皮膚的架構(gòu)只需要一根導(dǎo)電線傳輸信號(hào)，因其簡(jiǎn)單的布線系統(tǒng)和卓越的響應(yīng)能力，在機(jī)器人、假肢、腦機(jī)接口、神經(jīng)形態(tài)硬件等領(lǐng)域有無(wú)比廣闊的前景。

此外，這種電子皮膚的擴(kuò)展性、柔韌性非常好，還可用于設(shè)計(jì)傳感器、自修復(fù)電子皮膚等。如Tee助理教授所說(shuō)：“ACES可以很容易地與任何類型的傳感器皮膚層配對(duì)，例如，那些設(shè)計(jì)用來(lái)感知溫度和濕度的傳感器?！?/span>

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ACES是人類在電子皮膚領(lǐng)域取得的重要成果，為機(jī)器人行業(yè)添上了濃重的一筆。

除了ACES，人類在電子皮膚方面也取得了很多其他的成就，比如：由橡膠和織物打造的新型電子皮膚，能夠覆蓋假手的指尖并且產(chǎn)生電脈沖，形成像痛感傳遞一樣的感覺(jué)；還有一種結(jié)實(shí)、有彈性、靈敏度較高的人造皮膚，可以自修復(fù)5000多次。

在不久的未來(lái)，隨著研究人員的不斷深入，相信會(huì)有更加類似于人類皮膚的電子皮膚出現(xiàn)。

屆時(shí)，電子皮膚的應(yīng)用就不會(huì)局限于此，更多的可能用于智能機(jī)器人、醫(yī)學(xué)、3D打印等領(lǐng)域，并給這些領(lǐng)域帶來(lái)質(zhì)的改變。

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