文|创瞰巴黎

导读

智能机器人如何实现类人的高灵巧操作？触觉传感器在当中起到至关重要的作用。巴黎综合理工大学开发出了一种能测量触觉力度的高柔性触觉材料，可用于触觉传感器及多种应用的研发。

一览：

• “触觉学”研究一切与触觉有关的现象。全球许多学者都在研究如何用机械设备再现触觉。
• 巴黎综合理工大学固体力学实验室研究主任Kostas Danas开发出了能测量触觉力度的材料，可用于触觉传感器中。
• 新型材料在手术、假肢等医学相关领域有着良好的应用前景。
• 新型材料在日常生活中也能发挥用途，例如改善电梯门的开关控制机制。

一说起“触觉学”，许多人可能会感到陌生，但其基本理念十分简单：研究一切与触觉有关的现象。全球许多学者都在研究触觉的本质，以及如何用机械设备再现触觉——正如用相机再现视觉影像。

据巴黎综合理工大学、法国国家科学研究中心（CNRS）固体力学实验室研究主任Kostas Danas介绍：“触觉学并非新兴事物。触觉传感器的研发，早在四十年前就已开始。”

01 走近触觉学

日常生活中，触觉技术最常见的应用是手机的震动反馈——用户在屏幕上点一个键，手机便震动一下，模拟触感。类似的技术在虚拟现实手套中也得到了应用。

触感模拟技术如今已司空见惯，真正的挑战在于开发出能通过触觉感知周围世界的材料。Danas的团队自2015年起便在攻克这一难题。据Danas介绍：“我们正在研发一种高柔性触觉材料，以聚合物和可磁化分子构成。可磁化分子和传统磁性材料的分子无异，有些类型可在外磁场的作用下永磁化，将这类分子跟聚合物交织，就能得到一块‘柔性磁铁’。”

“物体触碰材料，材料会发生形变，其周围磁场也会相应发生可量化的改变。”

Danas团队的新材料在外磁场中会发生形变；在外力下形变时又会改变自身周围的磁场，从而具备触觉感知力。Danas解释：“物体触碰材料，材料会发生形变，其周围磁场也会相应发生可量化的改变。我们分析磁场的变化和形变的程度，就能算出触碰的力度。”基于此类技术开发出的传感器被称为触觉传感器。

02 触觉材料的医疗应用

触觉传感器有着诸多应用可能。Danas团队的新材料柔性高，可贴附在各种形状的机器人上。“凡是有机器人的地方，就有我们材料应用的可能。现在的机器人只能通过摄像头‘看’世界，不能‘触摸’世界。”机器人一旦有了触觉传感器，能力范围便会大大增加。例如在生物医药领域，可以用触感机器人进行微创手术[1]。

微创手术，指通过患者身体上的微小切口，利用细长的内窥镜、搭载摄像头的小型机器人进行的手术。仅具备2D视觉的机器人局限性较强，一旦给机器人赋予触觉，其能力则会更上一层楼，收集返回的信息量也会大幅提升，从而使更多类型的手术“微创化”成为可能，减少手术风险，缩短恢复时间，推动医学技术的进步。

触觉检查是触觉传感器在生物医疗领域另一应用。一般来说，触觉检查由医生亲手完成，靠双手触觉判断患者体内动脉和肿瘤的位置，诊断身体组织的健康状态，但体积较小的结节、肿块容易被忽略。如果开发具有高敏触觉感知力的小型机器人，就能辅助医生的检查工作，确保无遗漏。

“新材料柔性高，可贴附在各种形状的机器人上。”

触觉传感器还能装在假肢上。假肢的手指上有了触觉传感器，就能将触感传递给整只手。传感器还评估假肢和使用者是否匹配。毕竟假肢平时要以多种方式活动，长期佩戴不合体的假肢会引发各类问题。

03 触觉材料的日常应用

在日常生活中，触觉传感器有着广泛的应用空间，优化现有设备。Danas指出：“普通的电梯通过光敏动作传感器，控制门的开启关闭。灯坏了，传感器便失效了。传感器装得太高，身形较矮的儿童就有可能被门夹住。”如果门装了触觉传感器，就能实现碰到障碍物立刻弹开。

除了制作触觉传感器，触觉材料具备多种应用可能性。“有一家企业已经开始使用我们的材料研发微型机器人，进入人体内精准送药。由于材料本身具有磁性，可以通过磁铁在体外控制其走向，还能轻松地在复杂的体液环境里行进。”

触觉材料的无限潜力还有待探索。Danas预测：“产业界、初创界人士对材料的兴趣逐渐高涨，必将开发出更多使用方式。”今年，Danas成功申请到了欧洲科学研究委员会的基金，开展材料新型用途的进一步研究。