基于电阻抗和声学成像的仿生机器皮肤

皮肤是人体面积大的器官，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J排布是电子皮肤为常见的触觉感知实现路径，这种方法能够在较少数量电J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J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J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。