机器人在视觉和听觉方面已经处在不断进化的阶段，但是对于触觉、嗅觉和味觉，它们几乎“一无所知”。如果之后要和机器人做朋友，我们当然不希望在和它们握手或者拥抱的时候被挤压骨折。
聪明的机器人需要触觉。
人类皮肤能感知触觉、痛觉、热觉等多种感觉，其中触觉感知最为重要。人的触觉主要通过分布在皮肤不同深度的四种触觉感受器来感知，但要实现快速响应、稳定抓娶拉伸、切向力和运动方向等等感觉功能，对机器而言极为复杂。
（图源：liu.se）
几十年来，机器人专家一直在思考如何让机器有感觉，也就是触觉传感。目前最基本的方法是使用换能器将压力转换为电信号。
根据传感器本身的软、硬包覆层和覆盖应用范围，触觉传感器通常分为三类，近年来国际上重点研究的是其中的柔性皮肤、电子皮肤触觉传感器。尽管在两年前诞生了世界首条柔性人造触觉神经，但人造皮肤依旧进展缓慢。
哥伦比亚大学机械工程与计算机科学系副教授 Matei Ciocarlie 说：“一直以来很难跨越的鸿沟是，制造触摸传感器和制造手指是有区别的。”
于是 Ciocarlie 和电气工程教授 Ioannis (John) Kymissis 想出一种 “新奇” 的思路“光指”，研究团队称“他们的手指可以在一个很大的、多曲线的表面上以极高的精度（
这项研究发表在国际知名刊物《IEEE/ASME 机电一体化会刊》。
（图源：哥伦比亚大学）
通俗来说，这个手指不是通过触觉神经来感受，而是通过 “看” 自己手上的光亮程度来判断力的大校
这种光指是由 3D 打印机做出的骨架，骨架上嵌入了 32 个光电二极管和 30 个相邻的 LED，为了使这些亮光“仅机器人自己可见”，手指外表用柔软的反光硅胶皮肤覆盖。
当机器人手指触摸物体时，外部会变形，并且骨架上的光电二极管会检测到发光二极管发出的光的变化。由此，系统就可以确认手指什么地方在摸东西，以及用了多大的力。所以，机器人不会感觉到触觉，而是会 “看到” 触觉。
（来源：哥伦比亚大学）
此前，一家名为 SynTouch 的公司研发出一种“盐水手指”，手指内部是 19 个超灵敏电极，电极和硅外皮之间注入了盐水。当接触东西时，电极会通过盐水检测电阻的变化，从而知道触摸的位置和强度。
哥伦比亚大学的 “光指” 原理其实和 “盐水手指” 很相近，只不过把电极和盐水换成了 LED 灯和光电二极管。最大的不同在于，“光指”融入了 AI 机器学习算法，分析处理更精确，同时还具备自我校准和不断学习的能力。
如果戳一下这个“光指”，所有的广电二极管都会“动起来”，靠近被戳地方的光电二极管反馈更大，远的地方反馈较校整个系统能非常详细地获取所有信息。也就是说，你戳一下“光指”，手指内部需要处理 32 个光电二极管和 30 个 LED 发出的 960 个信号。另外，由于光可以在弯曲的空间中反弹，这些信号可以覆盖复杂的三维形状，比如指尖。
“我们的结果表明，深度神经网络可以非常高精度地提取此信息，” Kymissis 说，“我们的设备从一开始就是真正设计成可与 AI 算法结合使用的触觉手指。”
“人的手指提供了令人难以置信的丰富的联系信息在每平方厘米的皮肤中有超过 400 个微小的触摸传感器！” Ciocarlie 说。“这个模型促使我们尝试从手指上获取尽可能多的数据。确保手指四周的所有接触都被覆盖是至关重要的我们基本上建造了一个没有盲点的触觉机器人手指。”
其实，相比于其他刚性换能器，“光指”还有另外一个优势，即不需要外接太多线缆和其他电子设备。该团队表示，把这样一根 “光指” 连接到手上只需要一条 14 线电缆。
图 | “光指”，为了显示内部构造，此处没有包覆外层“硅皮肤”（来源：哥伦比亚大学）
接下来，研究人员打算进一步用集成了 “光指” 的手来尝试证明其灵巧的操作能力。
就像是女生下班回家路上从乱七八糟的包里翻找口红一样，光线不足的时候只能靠摸形状来判断，机器人也可以学会在视觉和触觉之间来回切换。
此项研究真正吸引人的地方在于，当其他工程师执着于让机器人从生物神经上模仿人类时，他们尝试用一种 “非人类” 的方式混合了视觉和触觉输入。尽管这根 “光指” 目前还不能感受到温度、粗糙或者柔软，但是研究人员似乎正在寻找另一个解决方案听出粗糙感和柔软感。
-End-
参考：
https://engineering.columbia.edu/press-releases/ciocarlie-tactile-robot-finger
https://www.wired.com/story/this-clever-robotic-finger-feels-with-light/
