文|創(chuàng)瞰巴黎
導讀
智能機器人如何實現(xiàn)類人的高靈巧操作？觸覺傳感器在當中起到至關重要的作用。巴黎綜合理工大學開發(fā)出了一種能測量觸覺力度的高柔性觸覺材料，可用于觸覺傳感器及多種應用的研發(fā)。
一覽：
- “觸覺學”研究一切與觸覺有關的現(xiàn)象。全球許多學者都在研究如何用機械設備再現(xiàn)觸覺。
- 巴黎綜合理工大學固體力學實驗室研究主任Kostas Danas開發(fā)出了能測量觸覺力度的材料，可用于觸覺傳感器中。
- 新型材料在手術(shù)、假肢等醫(yī)學相關領域有著良好的應用前景。
- 新型材料在日常生活中也能發(fā)揮用途，例如改善電梯門的開關控制機制。
一說起“觸覺學”，許多人可能會感到陌生，但其基本理念十分簡單：研究一切與觸覺有關的現(xiàn)象。全球許多學者都在研究觸覺的本質(zhì)，以及如何用機械設備再現(xiàn)觸覺——正如用相機再現(xiàn)視覺影像。
據(jù)巴黎綜合理工大學、法國國家科學研究中心（CNRS）固體力學實驗室研究主任Kostas Danas介紹：“觸覺學并非新興事物。觸覺傳感器的研發(fā)，早在四十年前就已開始。”
01 走近觸覺學
日常生活中，觸覺技術(shù)最常見的應用是手機的震動反饋——用戶在屏幕上點一個鍵，手機便震動一下，模擬觸感。類似的技術(shù)在虛擬現(xiàn)實手套中也得到了應用。
觸感模擬技術(shù)如今已司空見慣，真正的挑戰(zhàn)在于開發(fā)出能通過觸覺感知周圍世界的材料。Danas的團隊自2015年起便在攻克這一難題。據(jù)Danas介紹：“我們正在研發(fā)一種高柔性觸覺材料，以聚合物和可磁化分子構(gòu)成?？纱呕肿雍蛡鹘y(tǒng)磁性材料的分子無異，有些類型可在外磁場的作用下永磁化，將這類分子跟聚合物交織，就能得到一塊‘柔性磁鐵’。”
“物體觸碰材料，材料會發(fā)生形變，其周圍磁場也會相應發(fā)生可量化的改變?！?/p>
Danas團隊的新材料在外磁場中會發(fā)生形變；在外力下形變時又會改變自身周圍的磁場，從而具備觸覺感知力。Danas解釋：“物體觸碰材料，材料會發(fā)生形變，其周圍磁場也會相應發(fā)生可量化的改變。我們分析磁場的變化和形變的程度，就能算出觸碰的力度。”基于此類技術(shù)開發(fā)出的傳感器被稱為觸覺傳感器。
02 觸覺材料的醫(yī)療應用
觸覺傳感器有著諸多應用可能。Danas團隊的新材料柔性高，可貼附在各種形狀的機器人上?！胺彩怯袡C器人的地方，就有我們材料應用的可能。現(xiàn)在的機器人只能通過攝像頭‘看’世界，不能‘觸摸’世界?！睓C器人一旦有了觸覺傳感器，能力范圍便會大大增加。例如在生物醫(yī)藥領域，可以用觸感機器人進行微創(chuàng)手術(shù)[1]。
微創(chuàng)手術(shù)，指通過患者身體上的微小切口，利用細長的內(nèi)窺鏡、搭載攝像頭的小型機器人進行的手術(shù)。僅具備2D視覺的機器人局限性較強，一旦給機器人賦予觸覺，其能力則會更上一層樓，收集返回的信息量也會大幅提升，從而使更多類型的手術(shù)“微創(chuàng)化”成為可能，減少手術(shù)風險，縮短恢復時間，推動醫(yī)學技術(shù)的進步。
觸覺檢查是觸覺傳感器在生物醫(yī)療領域另一應用。一般來說，觸覺檢查由醫(yī)生親手完成，靠雙手觸覺判斷患者體內(nèi)動脈和腫瘤的位置，診斷身體組織的健康狀態(tài)，但體積較小的結(jié)節(jié)、腫塊容易被忽略。如果開發(fā)具有高敏觸覺感知力的小型機器人，就能輔助醫(yī)生的檢查工作，確保無遺漏。
“新材料柔性高，可貼附在各種形狀的機器人上?！?/p>
觸覺傳感器還能裝在假肢上。假肢的手指上有了觸覺傳感器，就能將觸感傳遞給整只手。傳感器還評估假肢和使用者是否匹配。畢竟假肢平時要以多種方式活動，長期佩戴不合體的假肢會引發(fā)各類問題。
03 觸覺材料的日常應用
在日常生活中，觸覺傳感器有著廣泛的應用空間，優(yōu)化現(xiàn)有設備。Danas指出：“普通的電梯通過光敏動作傳感器，控制門的開啟關閉。燈壞了，傳感器便失效了。傳感器裝得太高，身形較矮的兒童就有可能被門夾住?！比绻T裝了觸覺傳感器，就能實現(xiàn)碰到障礙物立刻彈開。
除了制作觸覺傳感器，觸覺材料具備多種應用可能性?！坝幸患移髽I(yè)已經(jīng)開始使用我們的材料研發(fā)微型機器人，進入人體內(nèi)精準送藥。由于材料本身具有磁性，可以通過磁鐵在體外控制其走向，還能輕松地在復雜的體液環(huán)境里行進。”
觸覺材料的無限潛力還有待探索。Danas預測：“產(chǎn)業(yè)界、初創(chuàng)界人士對材料的興趣逐漸高漲，必將開發(fā)出更多使用方式。”今年，Danas成功申請到了歐洲科學研究委員會的基金，開展材料新型用途的進一步研究。