基於電阻抗和聲學成像的仿生機器皮膚

皮膚是人體麵積最大的器官，起保護、感受外界觸覺刺激等作用，經過感知處理的過程可以實現大麵積的觸覺感知，這對於人機交互而言是十分重要的特征，因此，電子皮膚（e-skin）的相關研究致力於將人體皮膚的各特征複製到人造電子皮膚上。行列式的陣列電極排布是電子皮膚最為常見的觸覺感知實現路徑，這種方法能夠在較少數量電極的情況下實現大麵積的觸覺感知，但存在製作複雜、連線繁雜等問題。此外，還有使用立體攝像機或加速度計的實現方法，但都尚未實現人類皮膚的特性（保護、多模式傳感和可擴展性），特別是在耐用性、成本效益和可修複性等實際要求方麵。

韓國科學技術院的J. Kim課題組提出了一種基於水凝膠彈性體混合物的仿生機器皮膚，可以同時實現靜態（按壓）、動態（表麵振動、滑動等）觸覺的識別。皮膚分為三層結構，表麵的一層起保護作用，中間的水凝膠層構成機器皮膚的主體，由於其具有導電性，因此可以實現電信號的傳遞。水凝膠層和底層之間分布著電極和麥克風陣列，由於水凝膠層的可形變性，其對壓力可以產生阻抗變化的響應，電極陣列通過電阻抗成像技術可以實現按壓壓力的識別；當皮膚表麵有振動、摩擦的激勵時，振動通過水凝膠傳遞至麥克風，便可以產生相應的電信號響應。通過神經網絡的訓練和學習，可以實現靜態和動態觸覺的模態識別。