与机器人握手，你敢吗？

【蜂耘网  机器人】与机器人握手，为何那么难？

婴儿1周岁就可以抓阄了，但让一个机器人学会抓握，却是上百篇顶刊论文都讲不清楚的事。

科学家告诉我们，比起下棋像人、说话像人、走路像人，让机器人拿起一只气球或端起一只玻璃杯，是更难办的事。“10年前，我们圈里有句话：‘不要跟机器人握手’。”北京理工大学柔性电子器件与智造研究所所长沈国震说。

为什么这么说？不知如何握手的机器人，与这个世界打交道的方式，究竟缺了什么？

没有皮肤，真的不一样

原来——

“过去机器人没有触觉，无法控制力道，与人握手不懂得什么时候松开手，一不小心可能会把人手部的骨头捏碎。”沈国震的解答道出机器人研究的一大症结——机器人身上少了一样人类器官，而且是最大的那个：皮肤。

没有皮肤，机器人就难以拥有发达的触觉，电影史上经典的机器人形象之一“剪刀手爱德华”，一不小心就发力伤人的场景，今日机器人实验室里仍不鲜见。

也正因此，我们已经津津乐道机器人写作文、下象棋，但还听不到机器人娴熟完成家务活的消息。

触觉，其实是多种感知信息的“合体”：接触的位置、接触力的大小和方向，接触物（甚至未接触物）的温度，纹理、硬度……我们的皮肤可以极其精妙地捕捉这些信息的蛛丝马迹并传递给大脑，我们许多习焉不察的反应与动作于是启动。

可以说，皮肤不只是身体表面一层将近2平方米的附着物，更是人与周遭世界的沟通纽带、互动方式。

那么，给机器人加一身皮肤怎么样？机器人可以由此像人一样感知环境、适应环境吗？

装有仿生三维电子皮肤的机械手与人手互动

电子皮肤，到底什么样

当然，电影里的机器人不都像爱德华一般。

科幻电影《阿丽塔》的主角机器人阿丽塔虽然纤瘦，却是一名“六边形战士”。她的战斗力源自一身“黑科技”，其中就包括触觉比人类还灵敏的电子皮肤。

对，电子皮肤。让机器人全面感知自己的身体和周边环境，电子皮肤已经成为今日机器人学重要的研究领域。

机器人借助电子皮肤拥有触觉后，就能更充分、精准地读取环境中的压力信号，行动也就更为灵活有效。一般而言，现在的机器人缺乏对物体精确的力量反馈，难以精准抓握和操纵微小或柔软的物体。而电子皮肤则可赋予未来的机器人一双“巧手”，实施高精准度的手术可能都不在话下。

那到底什么是电子皮肤呢？

沈国震介绍，人的皮肤由表皮、真皮、皮下组织构成，电子皮肤也是类似的“三明治”结构，由电极材料、活性材料、柔性衬底组成。电极材料作为电连接层，位于活性材料的两侧，接收和传输电信号；活性材料的功能是将环境刺激转换为可检测的电信号；柔性衬底则负责支撑电子皮肤并将其与机器人躯体贴合在一起。

开发一款电子皮肤，哪些问题必须解决？首当其冲是材料“柔”的问题。电子皮肤的关键在一个“柔”字。能作为皮肤的材料必须是柔性、可拉伸的，而不是刚硬、易脆裂的。“绕指柔”何以可能？

科学界现在有三种探索方向。第一种着眼于物理柔性，努力开发尺度更小的材料。比方说，柔软又有高度生物相容性的纳米硅就可以作为生化传感器，一定程度实现皮肤功能。第二种则寄望于结构柔性。努力开发金属等物质的各种新奇力学结构，弹簧、螺旋、蛇形……将传统硬质材料改造为具备良好的拉伸、弯曲能力的新材料。还有的科学家试图突破本征柔性，通过高分子工程改变聚合物材料性质，使其具备高拉伸特性，甚至兼具自我修复功能。

开发电子皮肤，还得在感知功能上下功夫。传感是机器感知环境的基础，感知压力、温度，判断触摸的不同物体，分辨手里拿的究竟是一颗桃子还是一颗鸡蛋，无不需要传感器。触觉传感器要尽可能充分地获得相接触物体表面种种特性，对传感灵敏度要求尤高。

沈国震团队研发的柔性可延展多功能电子皮肤，可用于人体生理信号的实时监测

此外，传感器捕捉到的信号如何高效传输，也是问题。关键就在于，如何让信号在传输到机器人“大脑”的过程中尽量少有耗损？

电子皮肤，我们也来一套？

实际上，电子皮肤不止是机器人的下一代装备，我们人类自己也“值得拥有”。

虚拟现实技术方兴未艾的今天，电子皮肤可能是人类漫游元宇宙的重要助力。在虚拟世界中，电子皮肤能最大限度地还原触觉，不仅使人能近乎真实地“摸”到虚拟物体，甚至能还原清风、水流、火焰带给人们的感觉，极大提升沉浸感和真实感。

此外，对于烧伤烫伤患者、截肢患者来说，电子皮肤可使他们重获触觉，继续享受美好生活。

对于身心健全的普通人而言，电子皮肤能帮什么忙？“它可以起到一种人体健康监测设备的作用。电子皮肤与人体直接接触，能够藉由高精度传感器直接测量我们身体数据（比方说心率、体温、血糖、血压）的实时情况，相当于精密程度跃升的‘健康手环’。”沈国震说，目前这类技术已经成熟，产品也将逐步进入市场。

其实，科学家还有更大胆的想法——能不能将智能手机的功能融入电子皮肤？如果电子皮肤的传感器足够敏锐、电路畅通且性能稳定，通过“点击”电子皮肤的不同位置来收发消息、接拨电话，是不是也顺理成章？

也许到那时，我们真的就可以丢下手机，轻装出门了。

（蜂耘机器人网  责任编辑：梅子）