想象一下，用你的指尖划过美国一分币的表面。你会感觉到浮雕字母和数字的棱线，亚伯·林肯的胡须侧面肖像，如果是反面，则是林肯纪念堂的浮雕柱子。让机器人感知相同的事物是一项艰巨的任务，通常需要在多个空间位置同时收集关于压力和力量的数据。但这正是欧洲一组科学家现在所能做到的，他们使用一种不寻常的、色彩斑斓的机器人皮肤，提供实时高分辨率的感知。 “老实说，当他们向我们展示这个时，我们觉得这真是太酷了，因为这是一种截然不同的方法，”英国最长期运行的机器人公司Shadow Robot的负责人Rich Walker回忆道，该公司的主要工作是机器人手。相关： “这个DIY双足机器人使用气动‘空气肌肉’而不是电机”研究团队来自伦敦玛丽女王大学、佛罗伦萨大学、的里的大学和特伦托大学，他们设计了一种机器手指，其合成皮肤能够根据机械变形反射不同的光线。通过读取从皮肤上反射的光，手指尖生成地形、应变和接触压力的地图。该团队已经使用传感器生成了人类手指、一分币和一片叶子的地图。吉亚科莫·萨索是伦敦玛丽女王大学费德里科·卡尔皮实验室的博士后研究助理，他给这个传感器的构思。那时他正在研究光学，偶然发现了发表在《自然》杂志上的一篇有趣的论文。它描述了一种“机电变色材料”，最终构成了皮肤中的反射器。萨索根据《自然》上描述的方法，将一种光敏薄膜暴露于5兆瓦、635纳米（红色）激光七分钟。激光束创造了一个干涉图案，导致薄膜在交替的密度中聚合，形成具有不同折射率的层。这种结构被称为布拉格反射器。聚合物中的交替密度和折射率导致特定波长的光被反射。当反射器由于与物体接触而变形时，它的层被拉伸，变得更薄，并反射出不同波长的光。萨索不到一周就重新制作了实验室中的材料。“从那时起，我们开始研究如何将这些颜色模式转化为对我们有用的东西，”他说。很快，他们意识到材料产生的颜色就是他们感知物体地形所需的全部。在机器手指中，布拉格反射器夹在一层硅胶之间，以保护它免受外界侵害，并且有一个透明的、手指形状的硅胶指尖，内部嵌入了相机和LED灯。LED发出的光透过手指的透明聚合物。当指尖受到物体拉伸时，反射器会将光反弹回相机，波长取决于变形的程度—最少变形时为红色，逐渐变为绿色，再到蓝色（当变形最严重时）。团队还进行了调整，以提高皮肤的灵敏度，并帮助相机更好地读取颜色差异。指尖外层的硅胶被染成黑色，以增强颜色对比度，使相机能够更好地将颜色转化为形态。指尖内部相机的刚性也增强了反射器的变形，使反射波长的差异更大。在所有这些优化后，研究人员确定手指能够提供100微米的分辨率，没有计算延迟。机器人手指的需求人类皮肤接收多种触觉信息，以成功移动和操作物体，包括温度、纹理、压力和振动。但因空间限制，工程师在机器人中实现相同功能是具有挑战性的。通常，在机器人指尖中没有足够的空间来集成多种类型的传感器。问题随之而来：应该使用哪种类型的传感器？“对此的答案是……这是个非常困难的问题。至今没人知道，”沃克说。卡尔皮团队的机器人手指令人兴奋，因为它为机器人专家提供了又一个实验选项，沃克说道。尽管卡尔皮的团队并不是第一个使用软材料进行触觉感知的团队，但其技术是独特的，因为能够从生成的拓扑地图中提取关于深度和大小的定量信息。根据沃克的说法，大多数传感器只能生成拓扑地图，揭示物体特征的相对大小。对萨索而言，这个机器人手指的另一个关键优势是它将触觉感知直接嵌入手指材料中，而不是使用测量力量或压力的传感器。