香港城市大学(城大)学者研发出仿如人类皮肤的新型触觉传感技术,有望改善身体有严重创伤人士的生活质素。
上述极其精巧的技术是由城大学者领导的两个计划研发,令机械手灵巧如人手,能够拿线穿针,甚至抓住豆腐而不捏碎。
首项研究计划由城大生物医学工程学系副教授申亚京博士领导,与香港大学合作。该计划研发出可媲美人类皮肤的新型柔性触觉传感器。
研究结果刊登于学术期刊《科学.机器人学》,题为「具有外力自解耦触感超分辨率的柔性磁化皮肤」。有关研究将促进智能假肢及人机互动等范畴的应用发展。
此传感器设置于仿照人类多层皮肤的结构内,其最大特点是具解耦的能力,即将外力自动区分为两类不同力量,并准确量度该两种力度,以分析或控制物体的静止或运动状态。
此外,传感器的触感「超分辨率」可精确判断外来刺激的位置。申博士说:「我们利用深度学习,开发出一种高效的触感超分辨率算法,把外来刺激的定位精确度提高了60倍,是众多超分辨率方法中,至今所报导过的最佳纪录。」
申博士说:「就我们所知,这是首个同时具有自解耦和超分辨率功能的触觉传感器。」
研究团队将传感器安装在机械手上进行实验,显示机械手可以完成具挑战性的任务。例如,机械手在有外力尝试干预的情况下,仍能非常稳定地抓紧易碎物件如鸡蛋,并在远程操控下拿线穿针。
申博士补充说:「我们研发的传感器可应用于自行适应抓取、灵巧操作、识别质感、智能假肢及人机互动等方面。媲美人类皮肤的人工柔性触觉传感器日渐进步,将有助家用机械人成为我们未来日常生活的好帮手。」
另一项研究计划由城大机械工程学系助理教授杨征保博士共同领导。研究团队在人类皮肤精巧结构的启发下,研发出高度敏感的触觉传感器阵列,有望让皮肤受损者及截肢者重拾触觉,并可应用于监测人体健康状况上。
团队研发的双层压电效应触觉传感器阵列由两层保护层、单层隔离层及两层压电感知层组成。他们也发明了「行+列」电极排列模式,可大量减省成本。
杨博士表示:「我们研发的系统能即时感应及判断外界的刺激如扭曲、拉紧及按压等。它的反应速度极快,反应时间可短至10毫秒,甚至比人体皮肤的反应还要快!」
此触觉传感器非常精巧,能够成功将豆腐抓住而不捏碎,显示这技术有巨大潜力应用于人机互动界面上,可促进智能假肢、机械手,及处理柔软和易碎产品器材的发展。
该系统大有可能用于重建人类的触觉系统,例如为皮肤受损者及截肢者重拾触觉。此外,该传感器亦可透过检测微弱的动脉脉搏,协助监测人体健康状况。
团队的研究结果刊登于学术期刊《先进科学》,题为「仿照人类皮肤、以无讯号串扰的行+列电极排列模式区分不同时空刺激的触觉传感器阵列」。