為什么說“不要跟機器人握手”

與機器人握手，為何那么難

嬰兒1周歲就可以抓鬮了，但讓一個機器人學會抓握，卻是上百篇頂級期刊論文都講不清楚的事。

科學家告訴我們，比起下棋像人、說話像人、走路像人，讓機器人拿起一只氣球或端起一只玻璃杯，是更難辦的事。甚至在10年前，學術圈里就曾流行一句話：“不要跟機器人握手。”

為什么這么說？原來，過去的機器人沒有觸覺，無法控制力道，與人握手時不懂得什么時候該松開，一不小心就可能把人手部的骨頭捏碎。機器人身上少了一樣人類器官，而且是面積最大的那個：皮膚。

沒有皮膚，機器人就難以擁有發達的觸覺。電影史上經典的機器人形象之一剪刀手愛德華，一不小心就傷到人的場景，在如今的機器人實驗室里仍不鮮見。正因此，我們已經津津樂道于機器人寫作文、下象棋，但還聽不到機器人嫻熟地完成家務活的消息。

觸覺，其實是多種感知信息的“合體”：接觸的位置，接觸力的大小和方向，接觸物（甚至未接觸物）的溫度、紋理、硬度……我們的皮膚極其精準地捕捉到這些信息的蛛絲馬跡并傳遞給大腦后，我們的許多習焉不察的反應與動作就會啟動。可以說，皮膚不只是身體表面那層將近2平方米的附著物，更是人與周遭世界的溝通紐帶、互動方式。

那么，給機器人加一身皮膚，機器人可以像人一樣感知環境、適應環境嗎？

電子皮膚，到底什么樣

當然，電影里的機器人不都如愛德華一般。

科幻電影《阿麗塔：戰斗天使》的主角機器人阿麗塔雖然纖瘦，卻是一名“六邊形戰士”。她的戰斗力源自一身“黑科技”，其中就包括觸覺比人類還靈敏的電子皮膚。

電子皮膚能讓機器人全面感知自己的身體和周邊環境，已經成為今日機器人學重要的研究領域。借助電子皮膚擁有觸覺后，機器人能更充分、精準地讀取環境中的壓力信號，行動也就更為靈活、有效。電子皮膚可賦予未來的機器人一雙“巧手”，實施高精準度的手術可能都不在話下。

人的皮膚由表皮、真皮、皮下組織構成，電子皮膚也是類似的“三明治”結構，由電極材料、活性材料、柔性襯底組成。電極材料作為電連接層，位于活性材料的兩側，負責接收和傳輸電信號；活性材料的功能是將環境刺激轉換為可檢測的電信號；柔性襯底則負責支撐電子皮膚，并將其與機器人軀體貼合在一起。

開發一款電子皮膚，首先要解決的是材料“柔”的問題。能作為皮膚的材料必須是柔性、可拉伸的，而不是剛硬、易破裂的。

科學界現在有三種探索方向。第一種著眼于物理柔性，努力開發尺度更小的材料。比方說，柔軟又有高度生物相容性的納米硅就可以作為生化傳感器，一定程度上實現皮膚功能。第二種則寄望于結構柔性。努力開發金屬等物質的各種新奇力學結構，彈簧、螺旋、蛇形……將傳統硬質材料改造為具備良好的拉伸、彎曲能力的新材料。還有的科學家試圖突破本征柔性，通過高分子工程改變聚合物材料性質，使其具備高拉伸特性，甚至兼具自我修復功能。

開發電子皮膚，還得在感知功能上下功夫。傳感是機器感知環境的基礎，感知壓力、溫度，判斷觸摸的不同物體，分辨手里拿的究竟是一顆桃子還是一顆雞蛋，無不需要傳感器。觸覺傳感器要盡可能充分地獲得相接觸物體表面的種種特性，對傳感靈敏度要求尤其高。

此外，傳感器捕捉到的信號如何高效傳輸，也是個問題。關鍵就在于，如何讓信號在傳輸到機器人“大腦”的過程中盡量少有耗損。

實際上，電子皮膚不只是機器人的下一代裝備，我們人類自己也“值得擁有”。

虛擬現實技術方興未艾的今天，電子皮膚可能是人類漫游元宇宙的重要助力。在虛擬世界中，電子皮膚能最大限度地還原觸覺，不僅能使人近乎真實地“摸”到虛擬物體，甚至能還原清風、水流、火焰帶給人們的感覺，極大地提升沉浸感和真實感。

此外，對燒傷燙傷患者、截肢患者來說，電子皮膚可使他們重獲觸覺，繼續享受美好生活。

對健全人而言，電子皮膚可以起到一種人體健康監測設備的作用。電子皮膚與人體直接接觸，能夠借由高精度傳感器直接測量我們實時的身體數據（比方說心率、體溫、血糖、血壓），相當于精密程度躍升的“健康手環”。目前這類技術已經成熟，產品也將逐步進入市場。

其實，科學家還有更大膽的想法——將智能手機的功能融入電子皮膚。如果電子皮膚的傳感器足夠敏銳、電路暢通且性能穩定，通過“點擊”電子皮膚的不同位置來收發消息、接打電話，是不是也順理成章？

也許到那時，我們真的就可以丟下手機，輕裝出門了。

（ 林一摘自微信公眾號“半月談”，插圖由視覺中國AI生成）