柔软度的触觉感知在我们的日常生活中十分重要,比如,它可以帮助我们判断水果是否成熟,也可以帮助我们感觉身体是否存在异常硬块,在与人接触时也可以帮助我们判断应该使用的力度。然而,我们对这种感觉的掌握,包括其神经通路和潜在的认知过程,仍然不完整,很难用机器复刻这项功能。
一个很简单的例子,如果你用指尖按压棉花糖,你很容易感觉到它很软。但如果你把一块硬饼干放在棉花糖上面,然后再次按下,即使你的指尖接触到坚硬的表面,你仍然可以感受到软棉花糖就在下面。那么机器人能做到这一点吗?
为了解决这一挑战,洛桑联邦理工学院的研究团队开发了SORI(柔软度表达接口面)来实现这一目标。通过解耦皮肤和动觉信号,SORI忠实地再现了一系列真实材料的柔软度的感觉,填补了机器人领域的空白。
神经科学和心理学的研究表明,皮肤信号主要基于皮肤与物体表面接触的量,这通常与物体的变形有关,换句话说,表面覆盖指尖的面积越大就会被认为更柔软。但由于个体之间指尖的大小和硬度差异很大,一根手指可能比另一根手指与给定表面的接触更多,因此研究团队首先必须为指尖及其接触表面的几何形状创建参数,以便估计该指尖的柔软度信号。
研究人员从一组不同材料中提取了柔软度参数,并将这两组参数映射到SORI设备上,借此SORI能够将接触面积和力解耦的,从而定量的表示指尖的柔软感。此外,由于SORI 结合了个人物理指尖属性和基于模型的柔软度提示估计和映射,所以能够提供高度个性化的体验。
在多次实验中,SORI成功地重现了一组材料(包括牛肉、鲑鱼和棉花糖)的柔软度感知。它还能够在具有柔软和坚硬特性的材料上复制它,例如棉花糖上的饼干或皮革装订的书,甚至SORI还能重现跳动心脏的柔软度感觉,证明了其在再现运动中软材料的感知方面的有效性。
据悉,医学是该技术的主要潜在应用领域之一,可用于培训医学生检测癌性肿瘤,或者为使用机器人进行外科手术的外科医生提供重要的感觉反馈。其他可能的应用包括机器人辅助太空或海洋深处的探索、辅助农业水果收割等。