新加坡国立大学开发了异步编码电子皮肤，这是一种人工神经系统，可以赋予机器人非凡的触觉。来源:新加坡国立大学。
机器人和假体设备可能很快就会拥有与人类皮肤相当或更好的触觉，而异步编码电子皮肤(ACES)是由麻省理工学院的研究人员开发的一种人工神经系统新加坡国立大学(新加坡国立大学)。
新的电子皮肤系统具有超高的响应性和对损伤的鲁棒性，并且可以与任何类型的传感器皮肤层配对，以有效地作为电子皮肤。
这项创新是由新加坡国立大学材料科学与工程助理教授Benjamin Tee和他的团队实现的，并首次在著名的科学杂志上报道科学的机器人2019年7月18日。
比人类的感觉神经系统还要快
“人类利用触觉来完成几乎每一项日常任务，比如端起一杯咖啡或握手。没有它，我们甚至会在走路时失去平衡感。同样，机器人需要有触觉才能更好地与人类互动，但今天的机器人仍然不能很好地感知物体，”助理教授Tee解释说，他已经研究电子皮肤技术十多年了，希望能给机器人和假肢设备更好的触觉。
新加坡国立大学的团队从人类的感觉神经系统中获得灵感，花了一年半的时间开发出一种可能表现得更好的传感器系统。虽然ACES电子神经系统像人类的传感器神经系统一样检测信号，但与人类皮肤上的神经束不同，它是由通过单一电导体连接的传感器网络组成的。它也不同于现有的电子皮肤，现有的电子皮肤有相互连接的布线系统，这使得它们对损坏很敏感，很难扩大规模。
在新加坡国立大学电气与计算机工程、新加坡国立大学健康创新与技术研究所、N.1健康研究所和混合集成柔性电子系统项目任职的助理教授Tee详细阐述了灵感，他说:“人类的感觉神经系统非常有效，它一直在工作，在我们经常认为理所当然的程度上。它也非常坚固的破坏。例如，当我们被割伤时，我们的触觉不会受到影响。如果我们能模仿我们的生物系统如何工作，并使其更好，我们就能在电子皮肤主要应用的机器人领域取得巨大进步。”
ACES检测触摸的速度比人类感觉神经系统快1000多倍。例如，即使使用大量传感器，它也能在不到60纳秒的时间内区分不同传感器之间的物理接触——这是迄今为止电子皮肤技术实现的最快速度。启用aces的皮肤还可以在10毫秒内准确识别物体的形状、质地和硬度，比眨眼的速度快10倍。这是由ACES系统的高保真度和捕获速度实现的。
ACES平台还可以设计成对物理损伤具有高鲁棒性，这对于电子皮肤来说是一个重要的特性，因为它们会频繁地与环境进行物理接触。与现有电子皮肤中用于互连传感器的现有系统不同，ACES中的所有传感器都可以连接到一个共同的电导体上，每个传感器都可以独立工作。这使得只要传感器和导体之间有一个连接，启用aces的电子皮肤就可以继续工作，使它们不那么容易损坏。
Tee助理教授(左)和他的团队开发的ACES反应速度比人类感觉神经系统快1000倍。来源:新加坡国立大学
机器人和假肢的智能电子皮肤
ACES的布线系统简单，即使传感器数量不断增加，其响应能力也非常出色。这些关键特性将有助于扩大智能电子皮肤在机器人、假肢设备和其他人机界面中的应用。
Tee助理教授解释说:“可扩展性是一个关键的考虑因素，因为需要大型高性能电子皮肤来覆盖机器人和假体设备的相对较大的表面区域。”他补充说:“ACES可以很容易地与任何类型的传感器皮肤层配对，例如，那些设计用于感知温度和湿度的皮肤，以创建高性能的ACES电子皮肤，具有特殊的触觉，可用于广泛的目的。”
例如，将ACES与Tee助理教授团队最近开发的透明、自修复和防水传感器皮肤层配对，创造出一种可以像人类皮肤一样自我修复的电子皮肤。这种类型的电子皮肤可以用来开发更逼真的假肢，帮助残疾人恢复他们的触觉。
其他潜在的应用包括开发更智能的机器人，这些机器人可以执行灾难恢复任务，或接管仓库中物品包装等日常操作。因此，新加坡国立大学团队希望在下一阶段的研究中进一步将ACES平台应用于先进的机器人和假肢设备。
编者按:本文转载自新加坡国立大学．
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