文|創(chuàng)瞰巴黎
導(dǎo)讀
智能機(jī)器人如何實(shí)現(xiàn)類人的高靈巧操作？觸覺傳感器在當(dāng)中起到至關(guān)重要的作用。巴黎綜合理工大學(xué)開發(fā)出了一種能測量觸覺力度的高柔性觸覺材料，可用于觸覺傳感器及多種應(yīng)用的研發(fā)。
一覽：
- “觸覺學(xué)”研究一切與觸覺有關(guān)的現(xiàn)象。全球許多學(xué)者都在研究如何用機(jī)械設(shè)備再現(xiàn)觸覺。
- 巴黎綜合理工大學(xué)固體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究主任Kostas Danas開發(fā)出了能測量觸覺力度的材料，可用于觸覺傳感器中。
- 新型材料在手術(shù)、假肢等醫(yī)學(xué)相關(guān)領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。
- 新型材料在日常生活中也能發(fā)揮用途，例如改善電梯門的開關(guān)控制機(jī)制。
一說起“觸覺學(xué)”，許多人可能會(huì)感到陌生，但其基本理念十分簡單：研究一切與觸覺有關(guān)的現(xiàn)象。全球許多學(xué)者都在研究觸覺的本質(zhì)，以及如何用機(jī)械設(shè)備再現(xiàn)觸覺——正如用相機(jī)再現(xiàn)視覺影像。
據(jù)巴黎綜合理工大學(xué)、法國國家科學(xué)研究中心（CNRS）固體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究主任Kostas Danas介紹：“觸覺學(xué)并非新興事物。觸覺傳感器的研發(fā)，早在四十年前就已開始。”
01 走近觸覺學(xué)
日常生活中，觸覺技術(shù)最常見的應(yīng)用是手機(jī)的震動(dòng)反饋——用戶在屏幕上點(diǎn)一個(gè)鍵，手機(jī)便震動(dòng)一下，模擬觸感。類似的技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)手套中也得到了應(yīng)用。
觸感模擬技術(shù)如今已司空見慣，真正的挑戰(zhàn)在于開發(fā)出能通過觸覺感知周圍世界的材料。Danas的團(tuán)隊(duì)自2015年起便在攻克這一難題。據(jù)Danas介紹：“我們正在研發(fā)一種高柔性觸覺材料，以聚合物和可磁化分子構(gòu)成。可磁化分子和傳統(tǒng)磁性材料的分子無異，有些類型可在外磁場的作用下永磁化，將這類分子跟聚合物交織，就能得到一塊‘柔性磁鐵’?！?/p>
“物體觸碰材料，材料會(huì)發(fā)生形變，其周圍磁場也會(huì)相應(yīng)發(fā)生可量化的改變?！?/p>
Danas團(tuán)隊(duì)的新材料在外磁場中會(huì)發(fā)生形變；在外力下形變時(shí)又會(huì)改變自身周圍的磁場，從而具備觸覺感知力。Danas解釋：“物體觸碰材料，材料會(huì)發(fā)生形變，其周圍磁場也會(huì)相應(yīng)發(fā)生可量化的改變。我們分析磁場的變化和形變的程度，就能算出觸碰的力度?！被诖祟惣夹g(shù)開發(fā)出的傳感器被稱為觸覺傳感器。
02 觸覺材料的醫(yī)療應(yīng)用
觸覺傳感器有著諸多應(yīng)用可能。Danas團(tuán)隊(duì)的新材料柔性高，可貼附在各種形狀的機(jī)器人上。“凡是有機(jī)器人的地方，就有我們材料應(yīng)用的可能?，F(xiàn)在的機(jī)器人只能通過攝像頭‘看’世界，不能‘觸摸’世界。”機(jī)器人一旦有了觸覺傳感器，能力范圍便會(huì)大大增加。例如在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，可以用觸感機(jī)器人進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)[1]。
微創(chuàng)手術(shù)，指通過患者身體上的微小切口，利用細(xì)長的內(nèi)窺鏡、搭載攝像頭的小型機(jī)器人進(jìn)行的手術(shù)。僅具備2D視覺的機(jī)器人局限性較強(qiáng)，一旦給機(jī)器人賦予觸覺，其能力則會(huì)更上一層樓，收集返回的信息量也會(huì)大幅提升，從而使更多類型的手術(shù)“微創(chuàng)化”成為可能，減少手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，縮短恢復(fù)時(shí)間，推動(dòng)醫(yī)學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。
觸覺檢查是觸覺傳感器在生物醫(yī)療領(lǐng)域另一應(yīng)用。一般來說，觸覺檢查由醫(yī)生親手完成，靠雙手觸覺判斷患者體內(nèi)動(dòng)脈和腫瘤的位置，診斷身體組織的健康狀態(tài)，但體積較小的結(jié)節(jié)、腫塊容易被忽略。如果開發(fā)具有高敏觸覺感知力的小型機(jī)器人，就能輔助醫(yī)生的檢查工作，確保無遺漏。
“新材料柔性高，可貼附在各種形狀的機(jī)器人上?！?/p>
觸覺傳感器還能裝在假肢上。假肢的手指上有了觸覺傳感器，就能將觸感傳遞給整只手。傳感器還評估假肢和使用者是否匹配。畢竟假肢平時(shí)要以多種方式活動(dòng)，長期佩戴不合體的假肢會(huì)引發(fā)各類問題。
03 觸覺材料的日常應(yīng)用
在日常生活中，觸覺傳感器有著廣泛的應(yīng)用空間，優(yōu)化現(xiàn)有設(shè)備。Danas指出：“普通的電梯通過光敏動(dòng)作傳感器，控制門的開啟關(guān)閉。燈壞了，傳感器便失效了。傳感器裝得太高，身形較矮的兒童就有可能被門夾住。”如果門裝了觸覺傳感器，就能實(shí)現(xiàn)碰到障礙物立刻彈開。
除了制作觸覺傳感器，觸覺材料具備多種應(yīng)用可能性?！坝幸患移髽I(yè)已經(jīng)開始使用我們的材料研發(fā)微型機(jī)器人，進(jìn)入人體內(nèi)精準(zhǔn)送藥。由于材料本身具有磁性，可以通過磁鐵在體外控制其走向，還能輕松地在復(fù)雜的體液環(huán)境里行進(jìn)?！?/p>
觸覺材料的無限潛力還有待探索。Danas預(yù)測：“產(chǎn)業(yè)界、初創(chuàng)界人士對材料的興趣逐漸高漲，必將開發(fā)出更多使用方式?！苯衲辏珼anas成功申請到了歐洲科學(xué)研究委員會(huì)的基金，開展材料新型用途的進(jìn)一步研究。