广告

2欧元硬币大小的六边形传感器构成电子皮肤

2020-05-19 14:51:51 阅读:
德国慕尼黑工业大学的研究人员最近开发了一种电子皮肤,可以帮助机器人感受人类的触觉。在MDIT的《传感器》杂志论文中描述的这款电子皮肤,与其他现有电子皮肤相比,所需的算力要低得多,因此可以以更大面积应用于机器人的身体。

德国慕尼黑工业大学的研究人员最近开发了一种电子皮肤,可以帮助机器人感受人类的触觉。在MDIT的《传感器》杂志论文中描述的这款电子皮肤,与其他现有电子皮肤相比,所需的算力要低得多,因此可以以更大面积应用于机器人的身体。uqJednc

触摸感使我们能够感到更安全,交互和控制与周围环境的联系时更便捷。许多技术系统和应用程序可以从类似的技术中受益。然而,尽管目前电子皮肤系统的覆盖范围已比以往更广,但大面积实现电子皮肤的案例仍然很少。uqJednc

论文中表示,电子皮肤的升级面临新的难题:感测点之间的空间关系非常复杂,而在其中处理大量的异构触觉信息则成为了一个很大的挑战。研究人员针对这一挑战提出了一种新方法,以在用于大型电子皮肤的标准计算机系统上,实现灵活的事件驱动信息处理系统,并详细描述了事件生成器和解码器的有效设计。uqJednc

用于电子皮肤系统的最终系统设计具有可伸缩性、高效性、灵活性,并且能够在无需定制硬件的情况下处理大量信息。该系统提供了例如在机器人技术中应用复杂的大面积触觉系统的可行性。uqJednc

2欧元硬币大小的六边形传感器构成电子皮肤

进行这项研究的研究人员之一Florian Bergne表示:“开发电子皮肤的主要动机源于自然,并且集中在我们人类如何与周围环境互动的问题上。虽然人类主要依赖视觉,但一旦涉及互动,我们的触觉就显得尤为重要。我们相信,赋予机器人触觉可以扩大机器人与人之间互动的范围,从而使机器人更具协作性、安全性和有效性。”uqJednc

Bergner和以Gordon Cheng教授为首的其他研究人员开发电子皮肤已有大约10年的时间。最初,他们试图实现具有类似于人类皮肤的多模态感知功能的电子皮肤系统。换句话说,他们试图创造一种能够感知轻触、压力、温度和振动的人造皮肤,同时有效地将其感知分布在触觉交互发生的不同位置。uqJednc

Bergner说:“人类不仅可以分辨不同种类物品的触感,而且可以分辨它们的位置。除了复制此功能外,电子皮肤系统还应承受物理接触的压力,具有可伸缩性,并以最小的动力将各种功能综合在一起。”uqJednc

Bergner及其同事开发的新型电子皮肤系统由六边形的传感模块组成。每个模块大约是2欧元硬币大小。当它们连接在一起时,就形成了柔软的人造皮肤或皮肤补丁,可以附着在各种各样的平面或曲面上。uqJednc

uqJednc

大约2欧元硬币大小的六边形传感模块uqJednc

睡眠模式降低系统运行对算力的需求

到目前为止,可以应用于大面积表面的电子皮肤,在它们一次可以检测到的触摸信息量方面仍存在明显局限性。另一方面,Bergner和他的同事开发的电子皮肤系统在保留了其先进的感应功能的前提下,而无需耗费大量的算力来进行。uqJednc

Bergner说:“传统的信息处理对计算能力,高功耗,高信息传输速率,信息丢失和延迟的要求高得令人无法接受。另一方面,人类则可以毫不费力地处理大约500万个皮肤感受器收集到的触觉信息。在最近的研究中,我们问自己,人类的触觉是如何做到这一点的?我们如何利用研究发现神经科学来减轻我们开发的电子皮肤的局限性?”uqJednc

人类皮肤上的接受器在检测到触摸压力、温度或振动的变化之前,往往会保持不活动的状态,而不是不断向大脑发送信息。当它们检测到变化时,这些接受器就会触发刺突,将该变化通过神经纤维传递给大脑。uqJednc

这一过程的结果是,人类通过皮肤向大脑提供了与触摸有关的新信息。Bergner和他的同事对该生物过程进行了深入研究,并试图将其过程复制到他们的电子皮肤中。uqJednc

Bergner解释说:“在我们的系统中,每个人造皮肤细胞都在监视其传感器,以检测变化。当他们检测到足够大的变化时,皮肤细胞就会向计算机报告新信息,否则它们就会进入睡眠模式。该操作大大降低了系统运行对算力的需求。”uqJednc

uqJednc

电子皮肤系统的皮肤细胞形成图示uqJednc

每个传感器模块或皮肤单元都使用不同的传感器(例如S1,……,S4)和一个微控制器(μC)的处理能力;这些模块相互连接,形成模块网络,并在每个模块与信息处理系统(例如计算机)之间提供双向通信路径,以构成该电子皮肤系统的一个皮肤细胞。uqJednc

用超1万块传感器覆盖机器人,减少80%计算量

Bergner和同事们成功将他们电子皮肤应用于一个人类大小的机器人——H1身上。该系统能够使用1260个皮肤细胞覆盖整个身体,其中包括超10000个传感器,这是以前从未做过的。uqJednc

uqJednc

研究人员开发的H1机器人身着电子皮肤uqJednc

Bergner说:“H1机器人只能通过机载系统进行自动操作。只有借助我们以新形式驱动的电子皮肤的优势,用皮肤细胞覆盖H1才成为可能。该电子皮肤减少了大约80%的计算量。更传统的电子皮肤会使H1系统完全饱和,从而导致延迟,以及大约25%的连续信息丢失的状况发生。”uqJednc

在未来,高效的电子皮肤可以为各种机器人提供更强大的触摸功能。此类电子皮肤可以增加人机交互的安全性,这在工业和医疗领域的价值尤为突出。除此之外,电子皮肤细胞还可以用于开发新的技术工具,例如触敏式义肢、智能物体或传感衣。uqJednc

Bergner说:“在解决了处理大面积电子皮肤的触觉信息的难题之后,我们现在可以考虑缩小皮肤细胞的尺寸,从而达到更高的感应密度。H1披上了大面积的电子皮肤,我们可以用它来研究人机交互和全身控制。另一个有趣的研究方向可能是研究以新形式驱动的触觉信息,用来增强感知和控制算法。”uqJednc

责编:Demi XiauqJednc

(论文链接:www.mdpi.com;智东西编译)uqJednc

  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • iFixit 拆解M2 MacBook Ai:没有散热器,但有用途不明的加 日前,iFixit发表了M2 MacBook Air的拆解视频,表示在M2 MacBook Air 中发现了新增的端口,以及加速度计。
  • 给廉价蒸蛋器DIY出智能温控,烧了多个仿真器和USB HUB后 笔者手上有一台型号为ZDQ-514Q1的小熊蒸蛋器,弹跳式自锁开关。由于这台蒸蛋器水烧干了,温度上升,温度开关断开停止加热;待温度降低之后,温度开关重新闭合,重新加热。 不仅不节能,也不安全。因此笔者考虑,能不能给这台“低配”电器DIY出“智能”模式……
  • 手动拆解十万元的比亚迪“元”,附详细拆解图 大家是不是对手机、电脑等小型消费电子的拆解已经习以为常了?这次有个券商搞了个大动作,动手拆了一辆市场价值十万元的比亚迪“元”,还撰写了一份详细的拆解报告,刷屏了券商、汽车等行业,网友们也大呼“硬核”。
  • 如何评估3D音频解决方案 沉浸式3D/空间音频,与XR/360视频相结合,给您带来宛若置身于茂密深林的视听体验——飘落的细枝在脚下嘎吱作响,一头鹿向东原跑去,当您的目光追着一只红衣凤头鸟而远去时,您能听见它扇动翅膀的声音。精准的头部跟踪有助于提供逼真的用户体验(UX),了解评估解决方案的关键因素,可以帮助您在不断发展的行业中找到方向。
  • 波兰网友拆德国产无线烟感,烟雾探测原来是这样实现! 本文将展示具有433MHz RF通信的CC-80型烟雾探测器的内部,我将指出它的各个部件都有什么作用,还将解释它如何检测烟雾。
  • 采用加速度计的地震探测器 该设备无意取代地质研究所所使用的专业模型,也无法提供对地震事件的精确测量。它有助于在不提供距离或震级的情况下被动地确定地震事件。
  • 利用IIoT进行智能水资源管理 我们需要有效的水资源管理,通过减少浪费和更有效地回收废水来节约用水。通过防洪减灾来保护脆弱的城市和基础设施也是如此。那么我们可以做些什么来解决这些问题呢?工业物联网(IIoT)可能会提供一些潜在的解决方案。
  • 智能楼宇不只是能源管理 新冠疫情的到来,引发了我们在如何在办公室、工厂和商店等室内环境更智能、安全地进行社交和协作方面更多的思考与讨论。
  • 具有扩展范围的电容数字转换器 电容传感器广泛用于各种工业应用,例如液位监测、压力测量、位置检测、流量计、湿度检测等。ΣΔ (Sigma-Delta)电容数字转换器(CDC)用方波激励未知电容,并将产生的电荷转换成单位数字输出流。然后,由数字滤波器处理位流,输出精确的低噪声电容测量值。
  • 雷达传感器如何显著提高智能家居的能源效率 智能家居应用和连接设备的数量不断增长,用户的日常生活越来越方便。但是,这却导致了高能耗,因为即使无人在场,这些设备通常也处于长期活跃或待机模式,以便随时投入使用。
  • 拆解:苹果AirTag追踪器 有人猜到这次要拆解什么产品吗?当然是苹果的AirTag追踪设备。既然之前都已经拆解了Tile Mate,当然也只有对AirTag进行同样的检查才算公平,对吧?
  • 传感器技术在构建实时监控系统中的作用 无线传感器技术正在成为一个有前途的概念,这对每个虚拟市场都有重大影响。随着需要更快计算处理的数据密集型应用的数量增加,对实时监控系统的需求呈指数增长。尽管传感器节点的需求随着应用的规模而扩大,但终端设备却已通过对智能传感器的高效建模不断改进数据处理。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了