智能泡沫和人工智能可以帮助机器人了解它们是否受伤

如果你摔得很重，手臂骨折了，你的身体会以极快的速度告诉你出了问题。然而，机器人没有神经元，所以需要一种方法来了解它们的人造身体发生了什么情况。

康奈尔大学机械工程副教授罗伯特·谢泼德 (Robert Shepherd) 表示，想象一下未来机器人可以自主操作，但肢体受伤的场景。“它会继续移动肢体，以为手或脚会处于一个位置，但实际上它会处于另一个位置，”他说。“我们需要皮肤或内部神经类传感器，以三维方式连续地向机器人控制器传达这些信息。”

谢泼德的实验室开发了一种泡沫、光和人工智能系统，该系统可以感知泡沫正在发生什么——是向上还是向下弯曲，还是扭曲，或者两者兼而有之。研究结果今天发表在《科学机器人》杂志上。

它的工作原理如下：关键传感器是泡沫中的一层 30 根光纤，由硅树脂制成。光纤从泡沫的一端伸出，连接到其他设备。从这些光纤末端发出的光的强度可以让系统知道泡沫发生了什么。当泡沫处于静止状态时，光看起来是某种样子。如果泡沫弯曲或扭曲，光就会发生变化。

康奈尔大学机械工程博士生、描述泡沫的论文第一作者 Ilse Van Meerbeek 说道：“因此，你可以通过观察光强度整体模式的变化来检测形状的变化。”

人类显然有大脑来解释身体发生了什么，但这种泡沫没有大脑。为了完成这项工作，研究人员求助于人工智能。为了构建人工智能，研究人员首先收集了有关当泡沫以已知方式弯曲或扭曲时纤维发出的光如何变化的信息。这些数据让他们可以训练机器学习模型，他们可以使用模型来解释泡沫发生了什么。

这并不是研究人员用来观察软机器人如何伸展的唯一传感策略：柔性电子传感器利用电流的变化来观察它们的伸展情况，而Shepherd实验室之前的研究则使用可伸展光纤来测量物体是否变形。

当然，像这样的传感器对于机器人了解自己和周围发生的事情至关重要。“你的机器人需要对自己和周围环境有感知，”新论文的资深作者谢泼德说。

目前，康奈尔大学的泡沫和人工智能实验装置涉及泡沫外部的设备，但 Van Meerbeek 表示，可以将所有设备小型化，以打造一个自给自足、自我感知的泡沫装置。她认为这种传感器系统的一个可能应用是什么？“机器人学习如何自己走路，”她说，指的是软机器人。“它必须能够感知自己的形状。”