MIT研發(fā)觸覺紡織品讓衣物像皮膚一樣擁有觸覺

從2012年谷歌推出智能眼鏡以來，可穿戴設(shè)備已逐漸進(jìn)入人們的日常生活，比如各大廠商推出的智能手表。目前的可穿戴設(shè)備多以具備部分計(jì)算功能、可連接手機(jī)及各類終端的便攜式配件形式存在，比如手表、眼鏡、頭盔等。

來自麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室（CSAIL）研究團(tuán)隊(duì)的最新成果將改變這一現(xiàn)狀。團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一款新型的紡織品，可以用于獲取人體信息，比如監(jiān)控坐姿、動(dòng)作或感知外界壓力等。這個(gè)新研究發(fā)表在國際知名雜志Nature Electronics上，并作為雜志的最新一期的封面，主要作者包括5位來自中國的研究者。該研究的主要?jiǎng)?chuàng)新在于，開發(fā)了一套基于紡織品的觸感智能系統(tǒng)，除了用于可穿戴設(shè)備外，在機(jī)器人開發(fā)、人類行為研究方面也大有可為。

研究介紹，觸覺交互信息的記錄、建模和分析對(duì)于研究人類行為、以及在醫(yī)療保健和機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)中具有非常重要的作用。然而，由于現(xiàn)有的可穿戴設(shè)備的傳感界面在性能、靈活性、可拉伸性和成本方面仍有較大進(jìn)步空間，因此相關(guān)研究的推進(jìn)極具挑戰(zhàn)性。

這款觸覺紡織品使用了廉價(jià)的同軸壓阻纖維（涂有壓阻納米復(fù)合材料的導(dǎo)電不銹鋼線），依靠自動(dòng)化涂層技術(shù)生產(chǎn)而成。由于使用了數(shù)碼機(jī)械化編織技術(shù)，這種功能性纖維可以被制作成大規(guī)模傳感織物。就像一般的紡織品，它可以制成任意形狀，能夠在任意不規(guī)則形狀的幾何體表面適形應(yīng)用，制成各式各樣的衣物。

論文的共同通訊作者、來自MIT的中國研究者李昀燭表示：“研究巧妙地將低成本的壓阻纖維和自動(dòng)化編織技術(shù)結(jié)合，并且融合了機(jī)器學(xué)習(xí)算法，建立了一種基于織物的觸感智能系統(tǒng)。”也就是說，這種觸覺紡織品實(shí)際上構(gòu)建了一種基于織物的、用于觸感機(jī)器學(xué)習(xí)的系統(tǒng)，它可以記錄、監(jiān)測觸覺信息以及對(duì)人與環(huán)境的交互信息進(jìn)行學(xué)習(xí)。

“過去很難開發(fā)出使用大量傳感器提供高精度數(shù)據(jù)的可穿戴設(shè)備。”論文的主要作者、來自中國的羅亦悅說。為了提高傳感系統(tǒng)的品質(zhì)和穩(wěn)定性，團(tuán)隊(duì)使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行感測和校準(zhǔn)。她介紹：“在制造大規(guī)模柔性的傳感器陣列時(shí)，通常其中的一些傳感器將無法工作，或者比其他傳感器工作得差。因此，我們開發(fā)了一種自我校正機(jī)制，該機(jī)制使用自我監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)算法來識(shí)別并調(diào)整某些傳感器在何時(shí)出現(xiàn)故障。”

為了測試觸感系統(tǒng)的精度和可靠性，研究人員用觸覺紡織品制造了不同類型的衣物，比如襪子、手套和背心。他們通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)人工智能驅(qū)動(dòng)的傳感織物可以成功分辨出人的坐姿、動(dòng)作以及其他與環(huán)境的交互，并且可以重現(xiàn)人體動(dòng)態(tài)的全身姿勢。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，觸覺紡織品展示了它在環(huán)境空間信息采集和探索生物力學(xué)特征等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，這意味著它將有多種應(yīng)用場景。

研究人員表示，用觸覺紡織品制成的衣物可以用于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和醫(yī)療康復(fù)。當(dāng)病人穿上使用觸覺紡織物制成的衣物，醫(yī)生或家屬便可以輕易監(jiān)控他們的健康狀況。當(dāng)病人摔倒或失去知覺時(shí)，也能立即發(fā)現(xiàn)。

在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中，他們的襪子可以通過觀察用戶從一個(gè)姿勢過渡到另一個(gè)姿勢時(shí)不同的觸覺足跡，以及不同姿勢之間的變化來預(yù)測運(yùn)動(dòng)。背心還可以監(jiān)測穿著者的姿勢和其它動(dòng)作。運(yùn)動(dòng)教練或者康復(fù)師可以借此分析穿著者的運(yùn)動(dòng)姿勢，并提出相應(yīng)的改善建議。經(jīng)驗(yàn)豐富的運(yùn)動(dòng)員甚至可以使用它來記錄和分析自己的姿勢。

除了在“智能衣物”方面的應(yīng)用外，觸感的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)在機(jī)器人開發(fā)等領(lǐng)域也極具前景。李昀燭介紹：“我們的觸覺紡織品可以作為衣服穿在機(jī)器人上，給機(jī)器人帶來高分辨率的觸覺感知能力，可以幫助它們更好的感知其和周圍環(huán)境之間的交互。”論文的共同通訊作者、同樣來自中國的壽萬說：“想象一下，機(jī)器人不再‘觸覺失明’，并且擁有可以像人類一樣擁有觸覺的‘皮膚’。具有高分辨率觸感的服裝為研究人員在未來幾年中探索提供了許多令人興奮的新應(yīng)用領(lǐng)域。”

機(jī)織的觸覺紡織品柔軟、可拉伸、透氣，可以織進(jìn)任意形狀的衣物里，制成多種產(chǎn)品。與許多現(xiàn)有的可穿戴電子設(shè)備不同，它們可以直接應(yīng)用到傳統(tǒng)的服裝生產(chǎn)中。它使用的是低價(jià)的電阻材料，因此可以用更低的價(jià)格可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

蘋果CEO蒂姆·庫克曾說：“當(dāng)各種可穿戴設(shè)備不斷出現(xiàn)時(shí)，卻沒有出現(xiàn)任何一個(gè)重量級(jí)產(chǎn)品。因?yàn)闆]有一個(gè)設(shè)備能說服一個(gè)不戴眼鏡或者腕帶的孩子去使用這個(gè)產(chǎn)品。觸覺紡織品則預(yù)示了可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的變革，它可以真正做到‘傳統(tǒng)事物的升級(jí)’。使用觸覺紡織品制作的可穿戴設(shè)備將有廣闊的市場，畢竟幾乎每一個(gè)人都要穿衣服。”（摘自美《深科技》）（編輯/費(fèi)勒萌）