一種具備高敏感度且成本低、結(jié)實耐用的機器人“皮膚”，可以像戴手套一樣添加給機器人 （圖片來源：劍橋大學(xué)）

小時候打針，你有沒有抱怨過：“太疼了！我要是像機器人一樣沒有痛覺就太好啦？”然而事實上，能感覺到疼痛，不管是對于動物還是機器人都至關(guān)重要。這一點在許多涉及機器人的科幻影視作品中也都有強調(diào)！

即便是戰(zhàn)斗型機器人也需要接收“痛覺”反饋 （圖片來源：電影《終結(jié)者2》劇照）

為了對環(huán)境、壓力以及自身損壞狀況進行感應(yīng)，當(dāng)前的機器人大都需要安裝一系列復(fù)雜、脆弱的傳感器系統(tǒng)，然而，不同傳感器的信號間容易相互干擾，其柔性載體材料也相對脆弱……

不過最近，一篇發(fā)表在《科學(xué)》（Science）雜志旗下的頂級機器人學(xué)子刊《科學(xué)·機器人學(xué)》（Science Robotics）上的研究，向我們展示了一種革命性的新思路。

英國劍橋大學(xué)的科學(xué)家利用一種類似果凍的廉價凝膠材料，模擬皮膚的觸感能力，創(chuàng)造出一種知冷熱，會疼痛的“人造皮膚”。之后，為了驗證它的性能并收集必要參數(shù)，科學(xué)家們對其進行了一場涉及燒灼與切割的“殘酷”測試……

在被暴力拆解前，機器人請同伴幫忙關(guān)閉痛覺接收器 （圖片來源：電影《人工智能》劇照）

走仿生路線，不再堆砌傳感器

若要讓機器人真正走入我們的生活，在保潔、育兒、搶險甚至醫(yī)治病患等領(lǐng)域發(fā)揮作用，防止機器人在作業(yè)中傷到人類、自己或其他財物，保障工作可以順利進行，我們就必須給予機器人感知冷熱、壓力以及自身受損情況（疼痛）的能力。

過往的解決方案是根據(jù)需要，為機器人安裝一系列傳感器，如壓敏電阻、熱敏電阻或壓電材料等。這些材料可以將溫度或壓力轉(zhuǎn)換為電信號，但普遍存在精度和耐用性等方面的問題，并且多傳感器的設(shè)計讓整個系統(tǒng)變得復(fù)雜而難以維護，各傳感器之間的信號還會相互干擾，傳感器所嵌入的載體材料，如軟硅膠、橡膠等也都相對脆弱，容易損壞。

為此，科學(xué)家換了一種思路，“化繁為簡”，設(shè)計并制造了一種“多模態(tài)”（multi-modal）傳感器，它僅使用單一傳感器就能檢測包括溫度、壓力以及受損情況在內(nèi)的多種“刺激”。

“握手”之后，就要對這只“人造手”進行“殘酷”的實驗了 （圖片來源：劍橋大學(xué)）

更易走向?qū)嵱玫娜嗽烊?，廉價且堅固！

為了滿足既定的要求，研究人員看上了一種天然蛋白質(zhì)材料，明膠。它提取自動物組織，被廣泛用于制作果凍、膠囊，甚至是工藝品。以其為基礎(chǔ)制作而成的導(dǎo)電材料，價格低廉，易生產(chǎn)，堅固耐用，可塑性也強！

根據(jù)具體需要，科學(xué)家可以將這種“明膠基”材料制成不同的形狀。在為其裝配上一種特殊的電極后，它可以通過數(shù)十萬條連接通路，將受到的各種壓力刺激都反饋為對應(yīng)的“感覺”。其工作模式類似于人類的觸覺！

暴力實驗，加速機器人“成長”

為了測試這種新材料好不好用，科學(xué)家們用它做了一個柔軟、有彈性又能導(dǎo)電的“人造手”。之后，他們?yōu)槠溲b配了多種電極配置，并對其進行了一系列帶有破壞性質(zhì)的測試，以尋找最優(yōu)的配置方案！具體的“折磨”包括，使用熱風(fēng)槍猛吹，用手指甚至機械臂猛戳，以及用手術(shù)刀切割……

最終，傷痕累累的“人造手”通過內(nèi)嵌的超過86萬條導(dǎo)電通路為科學(xué)家們收集到170多萬條數(shù)據(jù)，其密集程度令人驚嘆！

研究人員表示，將來可以在機器人本體加載相應(yīng)的智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)，再將收集到的數(shù)據(jù)“喂”給它。訓(xùn)練完畢后，機器人就可以像人類一樣，通過“人造肉”受到的刺激來識別對應(yīng)的觸感和損傷了！比如去“感受”自己是有些靠近熱源，還是已經(jīng)被燙傷；自己是被輕輕推了一下，還是被什么鋒利的東西切入了“皮膚”。

讓機器人精準(zhǔn)識別自己是被碰了一下手，還是已經(jīng)被烤糊，并不是一件容易的事 （圖片來源：劍橋大學(xué)）

對于自己的研究成果，研究人員自信滿滿。他們表示，雖然該項目所制造的“人造肉”還沒有達到人類皮膚的細膩感知水平，但它的運作方式靈活，易于制造，在許多任務(wù)領(lǐng)域都可以用人類觸覺的經(jīng)驗進行校準(zhǔn)，因此比當(dāng)前所有其他的同類方案都要出色！

解剖曾風(fēng)靡全球的觸覺反饋式玩具“搔癢娃娃埃爾莫（Tickle Me Elmo）” （圖片來源：維基媒體）

如果該研究的成果能夠投入應(yīng)用，未來機器人在開展各領(lǐng)域的工作時必定會更加精確、高效，并且由于終于能與人類“感同身受”了，他們與人類間的協(xié)作也應(yīng)當(dāng)會更加和諧、融洽。

當(dāng)一個個不知冷暖、軟硬的“鐵疙瘩”終于獲得細膩的觸覺，甚至可以感受我們的觸碰與體溫，人類距離讓機器人真正地理解并安全融入我們的生活似乎又近了一大步。

只是在機器人越來越像我們的同時，我們距離被機器人威脅和取代的危機是不是也又迫近了一步呢？歡迎在評論區(qū)分享你的看法。

作者：宋世超

審核：陳世超 中國科學(xué)院自動化研究所 副研究員

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