編譯：全浩
很多機(jī)器人系統(tǒng)都存在著自相矛盾的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，因此這個(gè)“軟性氣動(dòng)裝置(SPAs) ”將會(huì)是一個(gè)有前途的解決方案。“高轉(zhuǎn)矩或力量”常常意味著更重或者更大體積的設(shè)備，這不實(shí)用并且與可穿戴機(jī)器人的目標(biāo)相悖。 “充氣人工肌肉”(PAMs) 的原理，從60年代就被應(yīng)用于為“機(jī)械矯正器”提供動(dòng)力，運(yùn)用此原理的SPAs是一種可以產(chǎn)生彎曲動(dòng)作（同時(shí)不局限于單一方向和動(dòng)作）的軟性解決方案，并可以應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域。
“機(jī)械矯正器”(機(jī)械外骨骼)讓那些由于各種各樣原因受創(chuàng)傷的病人可以恢復(fù)運(yùn)動(dòng)能力，但是很多的這類設(shè)備穿戴起來(lái)不太舒服并且很笨重，所以還沒(méi)有成為普及型的應(yīng)用。要想讓這類設(shè)備成為日用的、實(shí)用的東西，它們表面的觸覺(jué)界面必須要輕巧、柔順、安全并且有大量的感知和刺激點(diǎn)才行。一個(gè)由RRL, EPFL 和NCCR Robotics組成的團(tuán)隊(duì)，近日出品了一個(gè)“軟性氣動(dòng)裝置(SPAs) 皮膚”，內(nèi)嵌“壓電式傳感器（PZT）”，它可以處理這些問(wèn)題并且提供“震動(dòng)觸覺(jué)反饋”。
“軟性氣動(dòng)裝置(SPAs) 皮膚”可以把雙向的觸覺(jué)信息傳遞到簡(jiǎn)單的、靈敏的可穿戴界面。通過(guò)創(chuàng)造這種SPAs界面并且將其設(shè)計(jì)和穿戴到皮膚上，就有可能創(chuàng)造出一種合成的“第二皮膚”，這個(gè)“第二皮膚”輕薄且有彈性，這樣傳感器就可以布置在手臂的所有位置了，類似神經(jīng)穿過(guò)你的皮膚。當(dāng)穿戴者彎曲他們的手臂，這種皮膚和集成的觸覺(jué)反饋系統(tǒng)會(huì)同時(shí)伴隨聯(lián)動(dòng)。
“軟性氣動(dòng)裝置(SPAs) 皮膚”有兩層，一個(gè)底部的傳感層（ sensor layer）和一個(gè)上部的促動(dòng)層（ actuator layer）。促動(dòng)層由兩層硅薄板構(gòu)成，兩層之間有一個(gè)罩板以防止粘連。包括集成的傳感層，最終的設(shè)計(jì)是1.4毫米厚。為了產(chǎn)生促動(dòng)，空氣會(huì)在層級(jí)間泵入，形成直徑為3-4毫米的氣泡，這樣可以產(chǎn)生高達(dá)0.3N的動(dòng)力，這聽(tīng)起來(lái)還是很小的力，但是人類日常手掌所產(chǎn)生的壓力與此相當(dāng)。傳感層是用壓電陶瓷元素制成，嵌入到硅薄板里，這樣可把機(jī)械壓力轉(zhuǎn)換成電壓。這種電壓然后用于測(cè)量震動(dòng)的強(qiáng)度，震動(dòng)是從促動(dòng)器和SPA 皮膚接觸到的外部界面壓力產(chǎn)生的。
“軟性氣動(dòng)裝置(SPAs) 皮膚” 產(chǎn)生一定頻率范圍內(nèi)的“震動(dòng)觸覺(jué)反饋”。當(dāng)有物體接觸到皮膚時(shí)，力作用到外部界面，與此同時(shí)內(nèi)嵌的傳感器可以偵測(cè)到由促動(dòng)器而來(lái)的這些震動(dòng)。根據(jù)這個(gè)被偵測(cè)到的傳感信息，促動(dòng)器會(huì)隨后主動(dòng)控制震動(dòng)的強(qiáng)度。換句話說(shuō)，這個(gè)“第二皮膚”可以偵測(cè)到它正在接觸什么東西，并且隨之調(diào)節(jié)震動(dòng)，這樣的“感覺(jué)”（皮膚觸覺(jué)）會(huì)是連續(xù)的。
“軟性氣動(dòng)裝置(SPAs) 皮膚” 提供了高度可定制化和可穿戴化的物理界面，同時(shí)具有多點(diǎn)震動(dòng)觸覺(jué)信號(hào)的閉合回路控制設(shè)施。它可被應(yīng)用到人類身體的任何地方。如上文所描述的，它可以成為一個(gè)即插即用的反饋機(jī)制部件單元，應(yīng)用到給那些失去運(yùn)動(dòng)能力的病人進(jìn)行訓(xùn)練用的康復(fù)設(shè)備里，或者是虛擬現(xiàn)實(shí)游戲中提供觸感。
注：NCCR全稱為The National Centre of Competence in Research ，是由瑞士國(guó)家科學(xué)基金會(huì)創(chuàng)立的一個(gè)全國(guó)性組織。宗旨是開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的、人性化的機(jī)器人技術(shù)，促進(jìn)人類的生活質(zhì)量提高。NCCR研發(fā)能與人類生態(tài)共生的機(jī)器人，讓機(jī)器人能夠同時(shí)幫助個(gè)人和社會(huì)。NCCR主要致力于三類機(jī)器人的研究：可穿戴機(jī)器人、救援機(jī)器人和教育機(jī)器人。
