新型電子手套：讓機器人擁有觸覺

近日，美國斯坦福大學的工程師們開發出一種含有傳感器的電子手套。有朝一日，這些傳感器將賦予機器人手更大的靈巧性，而這種靈巧性在人類看來是理所當然的。

在一篇于11月21日發表在《科學機器人學（Science Robotics）》期刊上的論文中，化學工程師 Zhenan Bao 及其團隊演示了這種傳感器。它工作得很好，足以使機器人手能夠觸摸嬌嫩的漿果，以及握住一個乒乓球，重點是不會壓扁它們。Bao 表示，手套指尖中的傳感器同步測量壓力的強度與方向，這兩個物理量對于實現靈巧的動手能力來說是不可或缺的。研究人員們必須繼續完善這項技術，從而自動控制這些傳感器。當他們使這項技術變得完美時，穿戴這種手套的機器人將能夠在拇指和食指之間靈巧地握住一個雞蛋，而不會壓扁它們或者讓它們滑落。

這種電子手套模仿了人類皮膚各層一起工作的方式，這種方式賦予我們的雙手非凡的感知能力。我們皮膚的外層充滿可檢測壓力、熱量和其他刺激的傳感器。我們手指和手掌含有非常豐富的觸摸傳感器。這些傳感器與皮膚的一個子層，也稱為“棘層”，一起工作。棘層的微觀“地貌”充滿“山丘”和“山谷”，顯得崎嶇不平。這種崎嶇不平非常重要。當我們的手指觸摸物體時，外層的皮膚會靠近棘層。較輕的觸摸會被靠近“山頂”的傳感器感受到。而更大的壓力會迫使外層皮膚陷入棘層的“山谷”中，觸發更加強烈的觸覺感知。

可是，測量壓力的強度只是棘層功能的一部分。這一崎嶇不平的子層也有助于揭示壓力或剪切力的方向。例如，手指向北壓，會在這些微型“山丘”的南坡上制造出強烈的信號。這種感知剪切力的能力，成為了幫助我們在拇指與食指之間溫柔而又牢固地握住雞蛋的關鍵。

機器人手套指尖上的每個傳感器，都是由三個在一起協力工作的柔性層組成。頂層與底層都是電活性的。研究人員在兩個表面的每一面上都放置了電線網絡，就像田里的一行一行的莊稼，并且使這些行相互垂直，創造出密集的小型感知像素陣列。他們也讓底層像棘層一樣崎嶇不平。

中間的橡膠絕緣子將頂層與底層的電極簡單地分開。然而，這種分隔很關鍵，因為相互靠近而又不相互觸摸的電極能存儲電能。機器人手指壓下時，頂層的電極被壓得靠近地底層，存儲的能量相應增加。底層的“山丘”和“山谷”提供了一種將壓力的強度與方向映射到垂直網格中的特殊點的方法，這種方法很像人類皮膚。