机器人也能有“感觉”了?拿东西知道轻重,还能感知冷暖。这都要多亏我国科学家给的“电子皮肤”。
机器人将拥有人类的感知力人类之所以智能,是因为从手再到全身的皮肤,每个地方都能清晰且精准的感受到外面的变化。机器人虽然拥有人形,但在过去很长一段时间里,机器人只是物件儿,并不具备人的感知能力。
不管是人形机器人的手臂、手掌,还是它的腿部,机器人会动、会拿东西,感受到的变化仅仅是机械性的变化。从机器人本身的角度出发,他不能像人类那样感知到变化的真正含义。
举一个最简单的例子,人类如果把手臂放到火上去烤,立刻就能感到疼痛,并且在神经的直接作用下将手臂缩回去。
机器人并不具备这样的能力,或许根据它身上的仪器零部件可以感受到火烧会对手臂产生损害,但是机器人感知不到疼痛,如果没有自动躲避能力的话,就是把手臂烧成灰烬,机器人也不会躲开。
不过,随着我国技术人员在新技术上的应用与开发,未来的人形机器人将能拥有感知系统。
电子皮肤,感受到物体的具体变化新的技术是华中科技大学的研究人员自主研发的,这套专门给人形机器人开发的触觉感知系统又被叫做电子皮肤。
根据科研人员的介绍,外观是黑色的电子皮肤,安装到机器人的手臂上以后,机器人的手掌就拥有了神奇的感知能力。
科研人员还列举了一个简单的例子,把一个纸杯交给机器人的机械手臂。如果没有感知系统,机器人并不能知道手上拿的是什么,进而就掌握不好拿握纸杯的力度,可能一用力就把纸杯给捏碎了。
安装电子皮肤后,机器人的手臂和手掌就能感受到纸杯的精准重量。当然,这种感知并非像人类那样拥有感性的思维思考。
机器人只是根据物理世界的特性,可以很快计算出使用什么样的力度才能把纸杯记牢牢拿在手里,也不会将其捏碎。
就像春晚上的人形机器人那样,它的手臂、手掌可以轻松抛手帕,还能精准的将抛在空中的手帕再拿回来。
电子皮肤同样可以让机器人的机械手轻松抓握杠铃等物体,它能通过感知,然后再计算出相应的抓握力度。
所谓的皮肤,其实就是一个小黑块儿,大小只有指甲盖大小。别看它很小,电子皮肤的内部实际上集成了105个感应点。正是因为有感应系统的存在,重量再轻的物品机器人也能感受到。
如果将一小块一小块的电子皮肤组合在一起,就能在机器人的手臂和手掌上遍布传感点,利用这一套感知系统,轻微的重量也能感受到。
而且电子皮肤的优点是稳定性能高,人类的皮肤通过代谢可以不断更新,机器人所使用的电子皮肤用的时间长了,同样也会出现损坏和感知力下降的情况。
正因为如此,华中科技大学的研究人员才增加了电子皮肤的循环使用次数。根据技术人员的介绍,电子皮肤的循环使用次数超过了100万次,这一数据在国内处于领先地位。
2025年将安装500台人形机器人华中科技大学除了研发出手部的电子皮肤外,机器人的足底、身体等部位的电子皮肤同样也在研发。
根据目前的研发进展和实际应用情况,在湖北的鄂州,与科研团队联合推动研发的武汉一家企业已经开始量产。
截止到目前,多个企业一共200多台人形机器人的身上都安装了这一款电子皮肤。根据初步的规划,今年还有300多台人形机器人可以安装上电子皮肤,加起来安装的总量将突破500台。
目前大规模应用人形机器人的还在工业领域,未来,随着机器人的进一步普及,不管是家庭还是服务行业,对机器人的需求越来越大。
换句话说,电子皮肤的应用市场还相当的广泛,产业链形成之后,很多细分领域也得搭建起来,最终才能让整个生产规模提升。
电子皮肤的发展情况作为一套感知系统,电子皮肤属于新型的仿生柔性触觉传感系统。人形机器人未来要大规模的应用,在和外界感知互动的过程中,电子皮肤要发挥至关重要的作用。
其中最关键的是传感技术。物理接触,利用触觉传感器的功能,可以获得物体表面的相关特性,然后再将产生的信号转化成物理信号。
皮肤实际上是人体最大的器官,皮肤的重量占人体体重的16%,成年人的皮肤总面积在1.5㎡左右。人类皮肤最厉害的特点就是拥有强大的自愈能力、延展性高、机械韧性、触觉感知等等。
电子皮肤的发展,就是模仿人类皮肤的功能产生的新科技,它的核心关键在于要应用最先进的电子和材料科学技术,有了这些技术的加持,电子皮肤才能够感知到环境的变化。
从电子皮肤的特点来看,首先它得具备灵敏性。电子皮肤的表面集成了微型传感器阵列,精准感知外界的变化,包括了压力、温度、触觉等变化。
传感器可以通过电阻、电容以及其他电学特征的变化来检测外部的刺激,最后就能实现高灵敏的感应。
其次,在现在的研究中,科学家还一直试图把人类皮肤的伸展性和柔韧性,复制到电子皮肤上。如果要达到人类皮肤的效果,那电子皮肤在制造中就得使用相对特殊的柔性材料。
比如硅橡胶聚合物以及纳米复合材料等等,这些材料在拉伸、弯曲、扭曲,能保证内部的电子特性和功能不变。
此外,科学家还在进一步研究电子皮肤的可穿戴性以及透气性。人类的皮肤能进行新陈代谢活动,电子皮肤在设计上,同样也要强调它的穿戴性以及对皮肤的透气性。
尤其是一些电子皮肤要在人类身上使用,上述特征的表现必须得更加灵敏,才能提升整体的使用效果。
比如在医疗应用领域,电子皮肤使用的材料,要确保和人体皮肤的兼容,这样才能避免过敏和其他不良反应。
最后,国内外的科学家还在进一步研究电子皮肤更发达的性能,即让电子皮肤可以像人类的皮肤那样实现自愈。
在感知到物理损害后,电子皮肤可以启动修复功能。这种技术目前可以通过特殊的化学表现形式以及微胶囊技术实现。
但是从整体上来看,让电子皮肤也能实现自愈,这是目前研究领域相对较难的一点。
国内电子皮肤的研究。很多生产企业已经具备了柔性触觉传感技术,不过整体上来看,相关的发展还在早期阶段。
随着人形机器人的大规模普及使用,电子皮肤的应用接下来也会迎来井喷式发展,这对于品牌技术的提升相当关键。
人形机器人正在加速应用今年的春晚上,人形机器人扭起了秧歌,不少网友调侃,这些机器人比自己扭的都很厉害。机器人能扭秧歌的背后,体现出来的正是应用的加速和使用范围面的扩大。
同样是在武汉,目前研究出的人形机器人在商业应用上可以从事物品的运送、辅助养老服务等等。
华中科技大学研发出的人形机器人劳动者1号,可以拿起80斤的重物,未来主要应用在电网检修等方面。
从整体上来看,人形机器人未来家庭的使用频率较高,医疗健康和应急救援等方面对人形机器人的需求潜力同样也很大。都说2024年是人形机器人商用元年,那么2025年将是人形机器人进行商业化普及的重点年份。
人形机器人应用市场高达万亿元规模还在2023年的时候,我国在人形机器人的创新发展领域,就提出了指导意见,规划到2025年,围绕整个创新体系初步建立人形机器人的应用,在一些关键核心技术上还要取得突破。
尤其是人形机器人的核心部件,未来要确保安全有效的供给,尤其是整个产业链的安全。根据规划,到2027年,国内的人形机器人技术会进一步提升,产业链供应链体系初步完善,在国际上将具备整个产业生态的竞争力。
市场上去年也曾做过预测,到2035年,整个人形机器人市场的规模将达到1.1万亿元以上。无论从哪个角度去看,未来围绕人形机器人都将是一个全新且发展迅速的新产业赛道。
对于消费者和绝大多数的公众来说,目前大家更关注人形机器人的销售价格。业内人士介绍,现在的价格还稍微有点贵,大约在十几万元到几十万元之间。
不过,随着应用面的扩大,未来人形机器人的价格会迅速下降,直至走进千家万户。现在是因为整个技术体系还不完善,关键性的科技还需要进一步突破,产业链方面还不能进行规模化的量产。
但是,国内人形机器人接下来的发展速度无疑会提升。这是因为大多数人形机器人的零部件跟汽车的零部件相似。
我国的产业链基础本来就完整,去年很多从事汽车零部件生产的企业已经转向了人形机器人行业。无论从哪个角度看,未来围绕人形机器人的发展都是相当值得期待的
结语不光国内的企业在布局人形机器人,国外的一些企业也在进行大规模的产业链完善。2019年的时候,全世界安装的机器人一共才6万个,而且绝大多数还只是工业机器人,仅仅过了3年,机器人的应用规模就达到了50万。
因此,业内人士对人形机器人的应用发展相当乐观,未来几年,机器人的应用将超过数百万台,而且应用的场景也越来越生活化,这也就代表着人形机器人正在一步步走进千家万户。
而现在,随着电子皮肤等关键技术的不断突破,国内人形机器人的发展犹如插上了腾飞的翅膀,将翱翔更高的天际。