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中国科研新突破:神经形态电子皮肤让机器人“感知”危险并快速反应

2025-12-31来源:快讯编辑:瑞雪

在机器人技术领域,一项突破性成果为仿人机器人的发展带来了全新可能。科研团队成功研发出一种神经形态机器人电子皮肤,这一创新成果有望解决机器人与人类协同作业时面临的诸多安全问题,大幅提升人机交互的体验。

人类在遭遇滚烫或尖锐物品时,感觉神经会迅速向脊髓发送信号,在大脑还未完全处理疼痛信号前,就能触发近乎瞬时的躲避动作,这种反射性反应有效避免了人体遭受严重伤害。然而,现有的仿人机器人大多依赖集中式处理系统,传感器收集的数据需传输至中央处理器,经分析后再转化为运动指令。这一过程即便存在极短延迟,在机器人与人类协同作业场景下,也可能造成损害,这成为机器人领域长期存在的难题。

随着机器人逐渐走出受管控的工业场景,进入家庭、医院和公共场所,它们需要以更具本能的方式与周围环境互动。为此,科研人员研发出这款神经形态机器人电子皮肤(简称 NRE 皮肤),旨在赋予机器人这种能力。

目前,大多数机器人皮肤功能较为单一,仅具备压力传感功能,只能检测到接触发生,却无法判断接触的危险程度。而 NRE 皮肤则模仿了生物皮肤处理感官信息的方式,采用仿神经的分层架构,可将触觉输入转化为类似人类神经信号的电脉冲序列。

NRE 皮肤由四层结构组成。最外层是类似人类表皮的防护层,起到保护作用;防护层下方是兼具传感器与电路功能的“类感觉神经”结构,它能够持续监测压力、作用力以及自身结构的完整性。即便未受到触碰,该结构也会向机器人的中央处理器发送周期性电脉冲,以此反馈系统处于正常工作状态。一旦皮肤出现划伤或破损,脉冲信号便会中断,机器人据此就能检测到损伤并定位破损位置。

当皮肤受到触碰时,会产生包含压力大小相关信息的电脉冲信号。在常规情况下,这类信号会被传输至中央处理器进行解读。但当作用力超过预设阈值(该阈值标志着接触可能造成疼痛或损伤)时,系统会启动不同响应模式。此时会有一个高压信号直接发送至机器人的运动模块,绕开中央处理器,触发即时的反射动作,例如缩回手臂。

这款电子皮肤还具备快速维护的显著优势。它由带磁性的模块化贴片构成,当某个贴片受损时,可快速拆卸更换,数秒内就能完成破损部位的修复,无需复杂繁琐的检修流程。

科研人员在相关论文中指出,NRE 皮肤采用仿神经的分层架构,可实现高分辨率触觉感知、主动式疼痛与损伤检测,并能触发局部反射动作,同时支持模块化快速拆卸维修。这种设计大幅提升了机器人的触觉感知能力、操作安全性,以及人机交互的自然度,为研发具备共情能力的服务型机器人奠定了基础。

据《美国国家科学院院刊》报道,该科研团队目前正致力于提升系统的灵敏度,使其能够精准处理多个同时发生的触碰信号,以满足机器人在复杂多变的人类环境中作业的关键需求。

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