ETH 发明了新款低成本触觉传感器

前段时间，苏黎世联邦理工学院(简称“ETH”)的研究人员正式研发出了一款能够允许机器人手臂抓取易碎对象的低成本新型触觉传感器。这款触觉传感器具有高分辨率和高精度测量等优点。

人类能够轻松抓取易碎或湿滑的对象。触觉可允许我们判断自己是否牢牢地抓住了对象，或者对象是否会从手指滑出，从而相应地调整抓取的力度。对于需要抓取易碎、易滑或表面复杂的对象的机器人手臂，它们同样需要这样的反馈。

苏黎世联邦理工学院的机器人研究人员针对所述情况开发了一种触觉传感器，并认为是向“机器人皮肤”迈出的重要一步。工程师们指出，这种传感器的设计非常简单，所以制造成本低廉。从本质上说，它是由一个带有彩色塑料微珠的弹性硅胶“皮肤”和一个贴在下侧的普通摄像头组成。

1. 使用纯光学输入的测量方法

传感器是基于视觉运作：当它与对象接触时，硅胶皮肤会出现一个压痕，并改变微珠的图案，而传感器下侧的鱼眼镜头将进行记录。根据图案的变化，系统可以计算出传感器的力分布。

苏黎世联邦理工学院动态系统与控制学博士生Carlo Sferrazza表示：“传统的传感器只在一个点注册所施加的力。相比之下，我们的机器人皮肤可允许我们区分作用在传感器表面的几个力，并以高分辨力和高精确度计算它们。我们甚至可以确定一个力的作用方向。”换句话说，研究人员不仅可以确定对传感器施加的垂直压力，同时可以确定横向的剪切力。

2. 基于数据的研发

为了计算出哪个力将微珠推到哪个方向，工程师们使用了一套完整的实验数据：在通过机器控制标准化的测试中，他们研究了不同的传感器接触情况。他们能够精确地控制和系统地改变接触的位置、力的分布和接触对象的大小。在机器学习的帮助下，研究人员记录了数千次接触的实例，并将其与微珠图案的变化精确匹配。

迄今为止，最薄的传感器原型机厚度为1.7厘米，测量面为5×5厘米。不过，研究人员正在努力利用同样的技术来实现更大的传感器表面，并配备多个摄像头，从而能够识别形状复杂的对象。另外，他们的目标是将传感器做得更薄。团队认为现有技术可以实现仅0.5厘米的厚度。

3. 机器人，体育和虚拟现实

由于弹性硅胶是防滑材质，而且传感器可以测量剪切力，所以它非常适合用于机器人手臂。Sferrazza解释道：“传感器能在对象有可能从机械臂的抓取力中滑出时进行识别，这样机器人就可以调整其抓取力。”

研究人员同时可以用这样的传感器来测试材料的硬度，或者用数字化的方式绘制触感图。如果集成到可穿戴设备中，骑自行车的人可以测量他们通过脚踏板对自行车施加的力，或者跑步者可以测量慢跑时对鞋子的作用力。最后，这样的传感器可以为需要触觉反馈的应用提供重要的信息，如虚拟现实游戏。