皮肤是人体面积最大的器官,起保护、感受外界触觉刺激等作用,经过感知处理的过程可以实现大面积的触觉感知,这对于人机交互而言是十分重要的特征,因此,电子皮肤(e-skin)的相关研究致力于将人体皮肤的各特征复制到人造电子皮肤上。行列式的阵列电极排布是电子皮肤最为常见的触觉感知实现路径,这种方法能够在较少数量电极的情况下实现大面积的触觉感知,但存在制作复杂、连线繁杂等问题。此外,还有使用立体摄像机或加速度计的实现方法,但都尚未实现人类皮肤的特性(保护、多模式传感和可扩展性),特别是在耐用性、成本效益和可修复性等实际要求方面。
韩国科学技术院的J. Kim课题组提出了一种基于水凝胶弹性体混合物的仿生机器皮肤,可以同时实现静态(按压)、动态(表面振动、滑动等)触觉的识别。皮肤分为三层结构,表面的一层起保护作用,中间的水凝胶层构成机器皮肤的主体,由于其具有导电性,因此可以实现电信号的传递。水凝胶层和底层之间分布着电极和麦克风阵列,由于水凝胶层的可形变性,其对压力可以产生阻抗变化的响应,电极阵列通过电阻抗成像技术可以实现按压压力的识别;当皮肤表面有振动、摩擦的激励时,振动通过水凝胶传递至麦克风,便可以产生相应的电信号响应。通过神经网络的训练和学习,可以实现静态和动态触觉的模态识别。
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