“闭（bì）上你美丽的眼睛，我来带你感受世（shì）界（jiè）”如果（guǒ）你的心（xīn）仪（yí）对象对你深情的说这句话，会不会感觉特（tè）别浪漫呢（ne）？现在，软体（tǐ）机器人也有同样的能（néng）力（lì）了（le）。

人类（lèi）的进（jìn）化从：早（zǎo）期猿人-晚期猿（yuán）人-早期（qī）智人（古人）-晚期智人（新人）到现代人。机器人的升（shēng）级从传统机（jī）器（qì）人：僵硬，机械，毫无感知到现在变的很（hěn）柔软，可（kě）以（yǐ）感知触摸。此（cǐ）前机器人大多通过运动相机、激光雷达系统以及（jí）算法来获取并生成环境三维信息。但现在软体机器人因骨骼惊（jīng）奇、身体（tǐ）柔软（ruǎn），可（kě）以穿梭于一般机器（qì）人（rén）难以触达的地方。人类的改变是几百万年来环境的影响，不断进化，机器人是人（rén）类（lèi）制（zhì）造出来的产物，见证着人类科技的进步，不断的（de）向前发展（zhǎn）。

软体机（jī）器人是（shì）怎样的呢？可以感知（zhī）的电子皮肤又是怎么（me）一（yī）回事？让我们来看看麻（má）神理工学院的杰作。

近日，麻省理工学（xué）院发明的一种电子（zǐ）皮肤可以覆盖在（zài）软体（tǐ）机器人上，帮助这些（xiē）机器（qì）人即便（biàn）「蒙（méng）上双眼」也能（néng）对外（wài）界的情况进行感知。其原理是（shì）利用（yòng）来自其“感测”皮肤的运动和（hé）位置数（shù）据（jù），使软机械（xiè）臂能够了（le）解其（qí）在3D空间中的配置。

外网科技媒（méi）体评（píng）论（lùn）称，这个由柔性极高的材（cái）料（（类似于在（zài）生（shēng）物体内发现的（de）材料））制作（zuò）而成（chéng）的软机器人，也受到目（mù）前机器人向着更（gèng）安全方向的思路（lù）影响，比（bǐ）传统刚性机器人的更安（ān）全（quán），更柔（róu）性，更具弹性和适应性，以及具备（bèi）生物特性的新一代机器人全新替（tì）代品（pǐn）。

但是（shì）难点同样存在！例如对这（zhè）些可变形机器人进行自主（zhǔ）控制就是一项艰巨的（de）任务，因为这些（xiē）新软体机器人可以在（zài）任何给（gěi）定时刻沿几乎（hū）无（wú）限个（gè）方向移动，这使得研究人员很难通过编（biān）程或者示教，训练用于驱动自动化设备的规划和控制模型。

原先，实现（xiàn）自主控（kòng）制的传统方法（控制系统）是使用具有多个运动（dòng）捕（bǔ）捉相机（jī）的大型视觉（jiào）系统，该系统能（néng）为机器人（rén）提供（gòng）有关3D运（yùn）动和位置的反馈（kuì）。但（dàn）是，目前对于实际应用中的这个新软体机器人而言，这是不切实际（jì）的。

发表在《IEEE机器人与自（zì）动化快报》上（shàng）的论（lùn）文中，研究人员描述了一种（zhǒng）配套软体传感（gǎn）器系统，该系统覆盖机器人的身（shēn）体，以（yǐ）提供“本体感觉”，即感知其身体的运动和位置。该反馈会进（jìn）入一种新颖（yǐng）的（de）深（shēn）度学习模型，该模型可筛选（xuǎn）出噪声并捕获（huò）清晰的信号，以计算机器人的3D位置。研究人员在这个看起来类（lèi）似于橡树干的软机器人手臂上（shàng）验（yàn）证了他们（men）的（de）系统，让该机器人手（shǒu）臂可以自动摆（bǎi）动和伸展，并（bìng）可以预（yù）测自己的空（kōng）间位置（zhì）。

图（tú）片来源：麻（má）省理工学院

这些研究人（rén）员（yuán）的软（ruǎn）传感（gǎn）器是（shì）将导电（diàn）硅胶片（piàn）切成折纸（zhǐ）形状，使它们具有“压阻”特性，这（zhè）意味着它们在应变时会改变（biàn）电阻。当传感（gǎn）器响应机械（xiè）臂的（de）拉伸和压（yā）缩而变形时，其电阻将（jiāng）转换为输出电压，然后将其用作（zuò）与该（gāi）运动相关的信号（hào）。

麻省理工学院计算机科学（xué）与人工实验室（CSAIL）的博士后Ryan Truby表示，该传感器可以使用（yòng）人类现成的材料（liào）制造，这意味着今后任何实（shí）验室都可以开发自己的系统。

他说（shuō）：“我们正在感测软机器人特性，使其从传感（gǎn）器（而（ér）不是视觉系（xì）统）获取反馈以（yǐ）进行控制，而不是和原先一样通过视觉（jiào）系（xì）统进（jìn）行控制。” “例如，我（wǒ）们想使用（yòng）这些（xiē）柔软的机器人（rén）树干（gàn）来自动定向和控（kòng）制自己，捡拾东（dōng）西并与世（shì）界互动。这是向这种（zhǒng）更复杂的自动（dòng）化控制迈出的第一步（bù）。”

未来的目标之一是（shì）帮助制造出（chū）可以更加（jiā）灵巧地处（chù）理和（hé）操纵环境中物体的人造肢（zhī）体。CSAIL主任Daniela Rus和电机工程（chéng）与计算机科学系的Andrew and Erna Viterbi教授合着一本书表示，他说：“想想人类自己的身体：您可以闭上眼睛，根据皮肤的反馈来（lái）了（le）解世界。” “我们希望为软机器人设计相（xiàng）同的功能。”

塑造软传感器

完（wán）全集成的（de）人体传感器（qì）是软机器人（rén）技术的（de）长期目标。传（chuán）统（tǒng）的刚性传感（gǎn）器会损害（hài）软（ruǎn）机器人的自然柔（róu）韧性，使其设计和（hé）制造复（fù）杂化，并可能导致各种机械故（gù）障。因此，基于软材料的（de）传感器是一种更合适（shì）的替代方案（àn），但（dàn）是其（qí）设（shè）计需要专门的材料和程序运行方法，这使得许多（duō）机器人实验室（shì）难以在软机器人中制造和集成它们。

有一天，在（zài）他的CSAIL实验室（shì）工作期间，寻（xún）找传感器（qì）材（cái）料（liào）的灵（líng）感时，Truby和（hé）这些新（xīn）材料建立（lì）了（le）有趣的联系。他说：“我（wǒ）发现这些（xiē）用于（yú）电磁干扰屏蔽的导电材料薄片可以在（zài）任何地方成卷购买。” 这些材料具有“压阻”特性，这意味（wèi）着它们在（zài）应变时会（huì）改变（biàn）电阻。Truby意识到，如果将它们放在运动物体（tǐ）上（shàng）的某些位置，它们可（kě）以制（zhì）成有效（xiào）的软传感器。当传感（gǎn）器响应于（yú）躯干的（de）拉伸和压缩而变（biàn）形时，能其电阻将（jiāng）转换为特定的输出电压，然后将该电压用作与该运动相关的信号。

但是这（zhè）种材料的（de）伸缩（suō）性不高，这将限制其在软（ruǎn）机（jī）器人中的使用。受kirigami（提出折纸的一种（zhǒng）变化形（xíng）式，其中包（bāo）括（kuò）对（duì）材料进行切割（gē））的启（qǐ）发（fā），Truby设计（jì）并用激光切割了矩形的导电硅胶片，将其切割（gē）成各种（zhǒng）图（tú）案，例如成（chéng）排的小孔或类似链节围（wéi）栏的交（jiāo）叉切片。Truby说，这使它（tā）们更加灵活，可拉伸，而且“看起来漂亮”。

研（yán）究人员设计的机（jī）器人躯干包括三个部分，每个部分带有四（sì）个用于移动手臂的（de）流体（tǐ）致动器（总共12个）。他们在每个段上（shàng）融合了（le）一个传（chuán）感器，每个传感器覆盖并收集了来自软机器人中一个（gè）嵌入（rù）式执行（háng）器的数据。他们（men）使用了“等离子键合”技术，该技术可以使（shǐ）一种（zhǒng）材料的表面通电，使其与另一种材料键合。大约（yuē）需要（yào）几个小时才能成型出数十（shí）个（gè）传（chuán）感（gǎn）器（qì），这些传感器可以使用手（shǒu）持式等离子结合设备结合到软机（jī）器人上。

图片来源：麻省（shěng）理工学（xué）院

如假设的（de）那样，在实验（yàn）中他们将（jiāng）传感器安在了一个行李箱上，传感器（qì）确（què）实（shí）捕获了行李箱的总体运（yùn）动。但（dàn）是他们真的很吵（chǎo）。“从本质上讲，按我们传（chuán）统的观念（niàn）来看（kàn），它（tā）们在许多方面都是非理想的传感器，因为噪音是工业上（shàng）非（fēi）常讨厌的事。”特（tè）鲁比说。“但这（zhè）只是（shì）用软导电材料（liào）制造传（chuán）感器的普遍事实。性能（néng）更高且更可靠的传感器需要（yào）大多数机器人实（shí）验室所（suǒ）没有的专用工具制造。”

于是，为（wéi）了（le）仅使用传感器来（lái）估（gū）算（suàn）软机器（qì）人的配置，研（yán）究（jiū）人（rén）员建（jiàn）立了一（yī）个深度（dù）神（shén）经网（wǎng）络，通过筛（shāi）查噪（zào）声以（yǐ）捕获有意义的反馈信号来（lái）完成大部分繁重的（de）工作。研究人员开发（fā）了一种（zhǒng）新（xīn）模（mó）型，以运动学方式（shì）描述了软机（jī）器（qì）人（rén）的形状（zhuàng），从而大大减（jiǎn）少了处理模型所需的变量数（shù）量。

图片来源：麻省理（lǐ）工学（xué）院

在对比实验中，研究人（rén）员让软机器（qì）人的躯（qū）干摆动，并（bìng）以（yǐ）随（suí）机配置将自己延伸（shēn）大约一个（gè）半（bàn）小时，他们使用传统的运（yùn）动捕捉系统获取（qǔ）地面真实数据，同时在训（xùn）练中，该模型也自主分析了来（lái）自其传感器的数据以预测配置，并将（jiāng）其预测与同时收集的地面（miàn）真实数据进行比较（jiào）。这样，模型（xíng）“学习”以将信号模（mó）式从其传感器映射到实际配置。结果表明，对于某些更稳定（dìng）的（de）配置，机器（qì）人的传感器估（gū）计形状（zhuàng）与地面真实情况相符（fú）。

接（jiē）下来，研究人员旨在探索新的（de）传感器（qì）设计以提高灵（líng）敏度，并开发新的模型和深度学习方法，以减（jiǎn）少每（měi）台新的软机器人所需（xū）的（de）训练时间和流程。他们还（hái）希望（wàng）完善系统，以更好地捕获（huò）机器（qì）人的（de）完（wán）整动态运动。

当前，该软机器人（rén）神经网络和传感器皮肤（fū）对捕捉细微运动（dòng）或动态运动不（bú）敏感（gǎn）。但是（shì），对于（yú）目前基于学习的软机器人控（kòng）制方法而言（yán），这是重要的（de）第一步，特（tè）鲁比说：“像我们的软机器人一样，人类的生活（huó）系统（tǒng）也不一定是完（wán）全精确的（de），因（yīn）此，与我们（men）人类相比，机器人一（yī）开始也不是精确的（de）机器，做一个看起来不那么精（jīng）准的机器（qì）人，我们无（wú）疑做得很好。”

在未来（lái），机器人会越（yuè）来越像人类，但很多方面又（yòu）会（huì）比人类更（gèng）胜一筹（chóu），人类做不到的，他们可（kě）以完成（chéng）。那么（me）问题来了，将来，机（jī）器人（rén）会完（wán）全代替人类吗（ma）？