鸭嘴兽般的机器人皮肤灵感来自科学家的女儿

研究人员设计了一种机器人“人造皮肤”，它与团队的灵感动物——鸭嘴兽一样独特。该双传感系统由中国清华大学和北京纳米能源与纳米系统研究所的合作者发明，它不仅可以从直接的身体接触中解读信息，还可以通过检测周围空气中的静电变化来解读信息。

鸭嘴兽因其众多的动物奇特之处而闻名。数百万年来，这种卵生哺乳动物进化出了鸭嘴、蹼足和微小的有毒爪子，以及扁平的海狸状尾巴。但鸭嘴兽的这些显著特征并非全都是物理特征——这种生物还依赖于高度灵敏的感官系统，能够识别触觉等机械输入和周围环境中的电变化。这种额外的天赋有助于鸭嘴兽在不需要视觉信息的情况下寻找食物和躲避捕食者。

许多人都是在孩童时期第一次了解鸭嘴兽，包括北京研究所研究员狄伟的女儿，狄伟是《科学进展》杂志上发表的一篇论文的主要作者。

[相关：鸭嘴兽奶可能可以拯救我们免受细菌感染。]

“在一次谈话中，我九岁的女儿……告诉我她在英国看过的一部鸭嘴兽纪录片。她问：‘你知道鸭嘴兽……不靠眼睛捕猎吗？’”魏先生在 9 月 25 日TechXplore的一篇简介中说道。

魏解释说，女儿的问题启发了他们进一步研究鸭嘴兽的“非凡的感觉系统”，这很快启发了他们团队开发新设备。

据魏介绍，该传感器采用了两个基本原理——接触带电和静电感应。如果该设备接触到另一种材料，电子就会在重叠的电子云之间转移，产生摩擦电。通过这种方式，传感器可以接收触觉信号。同时，静电感应（也称为“远程感知”）使人造皮肤能够在带电物体靠近时注意到周围电场的变化。

[相关：这就是 Meta 开发机器人手指和皮肤的原因。]

“传统系统通常会因电荷相互作用较弱或表面电荷检测而受到灵敏度和精度的限制。我们的系统通过利用结构掺杂弹性体来增强电荷捕获，从而放大局部电场并增强介电极化，”魏解释说。

结合深度学习编程，该团队的多受体皮肤能够快速识别材料，准确率高达 99.56%，并能感应到远至 150 毫米的物体。这些功能未来可能有助于极端气候环境建模、增强人机交互，并可能增强自主机器人导航系统。

展望未来，魏教授团队的目标是改进传感器的材料设计，以扩大其电场感应范围和精度，并使其适应不可预测的环境。他们还希望融入更多的感官输入，以便能够以更广泛的感知能力解读复杂的刺激。