一种基于分布式多模态传感模块的体表级机器皮肤：设计、评估与应用

《IEEE Transactions on Robotics》：A Body-Scale Robotic Skin Using Distributed Multimodal Sensing Modules: Design, Evaluation, and Application

机器人触觉皮肤研究提出多模态传感与超分辨率结合方案，通过分层织物结构减少传感器数量同时提升触觉感知范围，并基于卷积神经网络实现触感模式解码，在商用机械臂上验证了触觉通信的有效性。

　　

摘要：

机器人系统开始与人类共存，但由于缺乏触觉感知能力，它们无法像人类那样进行物理互动。许多研究开发了可扩展的触觉传感器，以实现类似人类皮肤的功能。然而，这些传感器存在一些缺点，如需要大量的传感元件，或者对不同类型的触觉反应的敏感度有限。本文提出了一种基于多模态传感模块和多层织物的机器人皮肤，该皮肤同时利用了超分辨率技术和层析转换机制。这些技术能够在较大区域内使用较少的传感元件，并相互补充，以感知人类所能感知的各种触觉刺激。传感器采集的数据会被处理以编码触觉的时空特性，然后通过训练有素的卷积神经网络对这些数据进行解码，从而识别触觉的类型。同时，系统的计算成本也被降至最低，以便在设备上进行实时处理。该机器人皮肤已在商用机械臂上得到验证，并成功实现了用于触觉交流的人机交互，表明其具有作为人类皮肤替代品的潜力，有望进一步促进物理互动。

引言

人类通过皮肤中的机械感受器来感知物理刺激，这些感受器的密度因身体部位而异。手和指尖的机械感受器密度较高，因此具有很高的敏感度和精确的空间分辨率，主要用于需要精细操作的主动触觉体验，如灵巧的手动操作或触觉探索。相比之下，覆盖大部分皮肤表面的其他身体部位的机械感受器密度较低，主要负责感知被动触觉[1]、[2]、[3]。这些被动触觉包括社交触觉和情感触觉，它们能够传递信息或引发情感反应，从而促进人与人之间的各种互动，例如增强沟通、促进儿童成长以及缓解压力[4]、[5]、[6]。