今天，实验室在感官机器人领域迈出了重要一步
在本周的一项实验室演示中，工程师展示了一种用于机器人肢体的柔性人造覆盖层，它不仅能测量压力，还能像周围神经一样将触觉编码为电脉冲信号。该系统由中国的一个研究团队开发，并在今天的媒体简报中进行了描述，它能将挤压和压力转化为携带强度和位置信息的短促电压脉冲。嵌入式诊断、磁吸式模块以及内置的“痛觉”阈值意味着，这种皮肤可以检测损伤并触发反射，而无需唤醒中央处理器。
新型皮肤如何像神经系统一样“说话”
其核心理念看似简单：生物触觉利用电活动爆发（即脉冲信号）来携带触觉数据。这种新型合成覆盖层复制了这种通信模式，而不是将生物风格的信号强行塞进传统的连续传感器流中。每一块材料中都包含嵌入导电聚合物的压力敏感元件。当皮肤上的某一点被按下时，该传感器会发出一个分组电脉冲。脉冲并不使用单一的力值，而是通过形状、幅度、持续时间和频率这四个参数的变化，创建一个紧凑的、基于脉冲的条形码，以此识别机器人被触摸的力度和位置。
这种局部编码使两项实际功能成为可能。首先，皮肤可以在边缘进行初步处理：超过预设阈值的模式会产生反射性响应，例如缩回机械手。其次，每个模块都会广播定期的状态“心跳”信号；如果信号停止，高级控制器就会知道某个部件发生了故障，并能将故障定位到特定模块。
触觉织物与传感器的互补性突破
这个中国原型并不是今年推动机器人实现类人触觉的唯一团队。2025年早些时候，University at Buffalo 的研究人员在一家顶级期刊上发表了研究成果，展示了一种不仅能感知压力还能感知滑动的电子织物。他们的传感器依赖于摩擦伏特效应：层与层之间微小的相对运动会产生足以检测微滑移的直流信号。这种织物嵌入在3D打印的机器人手指上，可以检测到物体开始滑动的瞬间，并在不到一毫秒的时间内收紧抓握——其响应速度可与人类机械感受器相媲美。
材料科学家也一直在探索能对温度、湿度以及压力做出反应的多模态人造皮肤。研究工程纳米结构和压电层的团队已经证明，微小的毛发状圆柱体可以将触觉、热量和水分转化为电信号。其结果是一套传感器类型的路线图，如果将它们结合起来，就可以接近天然皮肤丰富的感知能力。
为什么脉冲方法改变了工程权衡
大多数工业传感器将整齐的模拟或数字值流式传输到中央控制器。这种模型设计简单，但当机器需要连续监测数百或数千个接触点时，在能量和带宽方面的成本很高。脉冲信号是稀疏且事件驱动的，这发挥了另一类处理器的优势：专门用于原生处理脉冲的类脑芯片（neuromorphic chips）。通过将接触编码为脉冲，皮肤可以将预处理过的低维触觉线索交给高效的脉冲网络，从而减少延迟和功耗——这对于电池供电的机器人和义肢至关重要。
工程师们指出，这种新方法是受生物启发而非与生物完全相同。人类神经在神经系统的架构中保留了位置图；大脑识别哪些神经元触发了信号。相比之下，机器人皮肤将位置编码进脉冲本身——这是一种更容易制造的工程捷径，但对可扩展性和学习有着不同的影响。
实际设计选择：模块化、修复与反射
原型中一个引人注目的实际设计是模块化。这种皮肤由磁性耦合瓦片组成，共同传输电力和信号。每个瓦片传输一个唯一的ID；如果系统检测到心跳信号中断，操作员可以更换一个新的瓦片，控制软件会自动重新映射皮肤。这种易于维护的布局承认了一个重要的工业现实：实验室开发的皮肤非常脆弱。使其易于维修和更换，缩短了从原型到工厂车间的路径。
研究人员还根据人类敏感度基准校准并编写了“痛觉”反应。当某一位置的累积活动超过阈值时，局部处理器会触发立即撤回。这种嵌入式反射被刻意设计得较为保守——它能防止机器人压碎物体或伤害附近的人类——并减轻了中央处理器的实时负担。
该技术将率先应用于何处
- 义肢：增加低延迟的触摸和滑动检测，将使人造手无需用户明确指令即可调整抓握力，让日常任务更加自然。
- 医疗工具与远程操作：与人类反应时间和强度密切匹配的触觉反馈，有助于外科医生远程学习和执行精细任务。
- 消费级与陪伴机器人：柔软且反应灵敏的覆盖层可以使社交机器人感觉更安全、更可信——并引发关于情感接触的复杂社会问题。
面临的技术与伦理障碍
尽管前景广阔，但目前的新型皮肤仍不完善。中国研发的原型仅能感知压力。要在不产生串扰的情况下增加温度、振动和化学线索，需要并行通道和巧妙的多路复用方案。制造仍是一个瓶颈：以工业成本沉积精细的纳米级压电结构，或在数平方米的面积上集成导电聚合物，绝非易事。
耐用性和污染也是现实问题。真实的皮肤可以自我修复；而人造皮肤必须对工业或医疗用途中常见的磨损、汗水、灰尘和清洁方案具有鲁棒性。随着瓦片在机器人身上的激增，电力传输和安全的连接器标准也将变得至关重要。
此外还有社会因素的考量。触觉带有情感意义。触觉研究人员已经证明，对触摸做出反应的机器可以唤起舒适感和依恋感——开发者和监管机构应当慎重对待这一特性，而非听之任之。工程师必须在实用性和安全性之间取得平衡，同时避免在有害的情况下将人工触觉常态化，使其成为人类接触的替代品。
后续步骤与部署路径
与类脑处理器和脉冲神经网络的集成是合乎逻辑的下一步：皮肤的事件驱动输出与针对脉冲优化的硬件是天作之合。团队还将把不同的感知模式组合成多层皮肤，并在现实场景中进行测试：装配线、康复诊所和手术培训室。由于模块化设计预留了维护空间，该技术最有可能在正常运行时间和安全性至关重要的环境中率先采用，而不是首先出现在消费类电子产品中。
综上所述，近期的演示勾勒出一个趋同的趋势：能够感知的材料、模仿神经信号的编码方案，以及原生处理脉冲的处理器。这一技术栈解决了人类灵活性与机器人操作之间长期存在的差距。它并没有赋予机器人思想，而是给了它们一种更快、更精简的方式来感知世界，并根据这种感觉采取行动。
这些进展不会消除剩余的技术工作——每增加一种感官都会增加架构的复杂性——但它们确实意味着，机器人和义肢很快就能以对性能、安全和人类互动至关重要的方式感知触摸。
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