基于電阻抗和聲學(xué)成像的仿生機器皮膚

皮膚是人體面積最大的器官，起保護、感受外界觸覺刺激等作用，經(jīng)過感知處理的過程可以實現(xiàn)大面積的觸覺感知，這對于人機交互而言是十分重要的特征，因此，電子皮膚（e-skin）的相關(guān)研究致力于將人體皮膚的各特征復(fù)制到人造電子皮膚上。行列式的陣列電極排布是電子皮膚最為常見的觸覺感知實現(xiàn)路徑，這種方法能夠在較少數(shù)量電極的情況下實現(xiàn)大面積的觸覺感知，但存在制作復(fù)雜、連線繁雜等問題。此外，還有使用立體攝像機或加速度計的實現(xiàn)方法，但都尚未實現(xiàn)人類皮膚的特性（保護、多模式傳感和可擴展性），特別是在耐用性、成本效益和可修復(fù)性等實際要求方面。

韓國科學(xué)技術(shù)院的J. Kim課題組提出了一種基于水凝膠彈性體混合物的仿生機器皮膚，可以同時實現(xiàn)靜態(tài)（按壓）、動態(tài)（表面振動、滑動等）觸覺的識別。皮膚分為三層結(jié)構(gòu)，表面的一層起保護作用，中間的水凝膠層構(gòu)成機器皮膚的主體，由于其具有導(dǎo)電性，因此可以實現(xiàn)電信號的傳遞。水凝膠層和底層之間分布著電極和麥克風(fēng)陣列，由于水凝膠層的可形變性，其對壓力可以產(chǎn)生阻抗變化的響應(yīng)，電極陣列通過電阻抗成像技術(shù)可以實現(xiàn)按壓壓力的識別；當(dāng)皮膚表面有振動、摩擦的激勵時，振動通過水凝膠傳遞至麥克風(fēng)，便可以產(chǎn)生相應(yīng)的電信號響應(yīng)。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，可以實現(xiàn)靜態(tài)和動態(tài)觸覺的模態(tài)識別。