与（yǔ）机器（qì）人握手，为何那么难？

婴（yīng）儿1周岁就可以抓阄（jiū）了，但（dàn）让一个机器人（rén）学会抓握，却（què）是上（shàng）百篇顶（dǐng）刊（kān）论文都讲不清楚的事。

科学家告诉我们，比起下（xià）棋像人、说话像人、走路像人（rén），让机器人拿起（qǐ）一只气（qì）球或（huò）端起一只玻璃杯，是更难办的事。“10年前（qián），我们圈（quān）里（lǐ）有句话：‘不要（yào）跟机器（qì）人握手’。”北京理工大学柔（róu）性电子器件与智造研究所（suǒ）所长沈（shěn）国震说。

为什么这么说？不知如（rú）何握手的机器人，与这个世界打交道的（de）方（fāng）式（shì），究竟缺了什么？

为什么说“不要跟机器（qì）人握（wò）手（shǒu）”？

没有皮肤，真的不一样

原来——

“过去机器人没有（yǒu）触觉，无法控制（zhì）力道（dào），与（yǔ）人握手不懂（dǒng）得什么时候松开手，一（yī）不小心可能会把人手部的骨头（tóu）捏碎。”沈国震的（de）解答道出（chū）机器人（rén）研究的一大症结——机器人身（shēn）上少了一样人类器官，而且是最大的那个：皮肤。

没有皮肤，机器人就（jiù）难以拥有发达的触觉，电影史上经典的（de）机器人形象之一“剪刀手（shǒu）爱德华”，一（yī）不小（xiǎo）心（xīn）就发力（lì）伤（shāng）人的场景（jǐng），今（jīn）日机器（qì）人（rén）实验室里仍不鲜见。

也正因此，我们已经津（jīn）津乐道机器人写作文（wén）、下象棋，但还听不到机（jī）器人娴熟完（wán）成家务活的消息。

触（chù）觉，其实是多种感知信（xìn）息的“合体”：接触的（de）位（wèi）置（zhì）、接触力的大小和（hé）方向，接触物（甚至未接触物）的温（wēn）度，纹理（lǐ）、硬（yìng）度……我们的皮肤可以极（jí）其精妙地捕捉（zhuō）这些信息的蛛丝（sī）马迹并（bìng）传递给大（dà）脑（nǎo），我们许多（duō）习焉不察的（de）反（fǎn）应与动作于是启动。

可以说（shuō），皮肤不只是身（shēn）体表面一（yī）层（céng）将近2平方米（mǐ）的附着物，更是（shì）人（rén）与周遭世界的沟（gōu）通纽带、互动方式。

那么，给机器人加（jiā）一身皮肤怎么样？机器人可以由此像人（rén）一样感（gǎn）知（zhī）环境、适应环（huán）境吗（ma）？

装有仿生三维电（diàn）子皮肤的（de）机械手与人手互动

电子皮肤，到底什（shí）么样

当（dāng）然，电影（yǐng）里的机（jī）器人不都像爱德华一般。

科幻电影《阿丽（lì）塔》的主角（jiǎo）机器（qì）人阿丽塔虽然纤瘦（shòu），却是一名“六边形战士”。她的战斗力源（yuán）自一身“黑科技（jì）”，其中（zhōng）就（jiù）包括触觉（jiào）比人类还（hái）灵（líng）敏的电子皮肤。

对，电子皮肤。让机器人全面（miàn）感（gǎn）知自己的身体和（hé）周（zhōu）边环境，电子（zǐ）皮肤已经成为今日机器人学（xué）重要的（de）研（yán）究领（lǐng）域。

机器人借助电子皮（pí）肤（fū）拥（yōng）有触觉后，就（jiù）能（néng）更充（chōng）分、精准地（dì）读取（qǔ）环境中（zhōng）的压力信号，行（háng）动也就更（gèng）为灵活有效（xiào）。一般（bān）而言，现（xiàn）在的机器人缺乏对物（wù）体精确的力量反馈，难（nán）以精（jīng）准抓握和操纵（zòng）微小或柔软（ruǎn）的物体。而电（diàn）子皮（pí）肤则可赋予（yǔ）未来的机器人（rén）一双“巧手”，实（shí）施高精准度的手术（shù）可能都不在话下。

那到底什么是电子皮（pí）肤呢？

沈国（guó）震介（jiè）绍，人的皮（pí）肤（fū）由表皮、真（zhēn）皮（pí）、皮（pí）下组织构成，电子皮肤（fū）也是类似的“三（sān）明治”结（jié）构，由电极材（cái）料、活（huó）性材料（liào）、柔性衬（chèn）底组成。电极材料（liào）作为电连（lián）接层（céng），位于活性（xìng）材料（liào）的两侧，接（jiē）收和传输电信号；活性材料的功能是将环境（jìng）刺激转换（huàn）为可检测（cè）的电信号；柔性衬底则负责支撑电子皮肤并将其与机器人躯体贴合在一起。

开发一款电（diàn）子皮（pí）肤，哪些问题（tí）必须解决？首（shǒu）当其冲是材料“柔”的问（wèn）题。电（diàn）子皮肤的关（guān）键（jiàn）在一个（gè）“柔”字（zì）。能作为皮（pí）肤的（de）材料必须是柔（róu）性（xìng）、可拉伸的，而不是刚硬、易脆裂的。“绕指（zhǐ）柔”何以（yǐ）可能（néng）？

科（kē）学（xué）界现在有（yǒu）三种探索方向。第一种着眼于（yú）物理（lǐ）柔性（xìng），努力开发尺度更小（xiǎo）的材料（liào）。比方说，柔软又有高（gāo）度（dù）生（shēng）物相容性的纳（nà）米硅就（jiù）可以（yǐ）作为生化传（chuán）感器（qì），一定程度实现皮肤（fū）功（gōng）能。第二种（zhǒng）则寄望（wàng）于结构柔性。努力开发金属等物质的各种新（xīn）奇力学（xué）结构，弹（dàn）簧、螺旋、蛇形……将传统硬质材料改（gǎi）造为具备良（liáng）好（hǎo）的拉伸、弯曲能力的（de）新材料。还有的科学家试图突（tū）破本征（zhēng）柔（róu）性，通过高（gāo）分子（zǐ）工程改变聚（jù）合物材料性质，使其具备高拉伸（shēn）特性，甚至兼（jiān）具自（zì）我修复功能。

开发电（diàn）子皮肤，还得在感知功能上下（xià）功夫。传感是机器感知环境的基础，感知压力、温（wēn）度，判断触摸的不同物体，分辨手里拿的究竟是一颗（kē）桃子还（hái）是一颗鸡蛋，无不需要传（chuán）感（gǎn）器。触觉传感器要尽可能（néng）充分地获得相接触物体表面种（zhǒng）种特性，对传感（gǎn）灵敏度要求（qiú）尤高。

为什么说“不（bú）要跟机器人握手”？

沈国震团队研发的柔性可延（yán）展多功能电子皮肤，可（kě）用于人体生理信号的实（shí）时监测

此外（wài），传（chuán）感（gǎn）器捕捉到的信号如（rú）何高效传输，也是问题。关（guān）键就在于，如（rú）何让信号在传输（shū）到机器人“大脑”的过（guò）程中（zhōng）尽（jìn）量少有耗损？

电子皮肤，我们也来一套？

实际（jì）上，电（diàn）子皮肤（fū）不止是机器人的下一（yī）代（dài）装备，我们人类自己也（yě）“值（zhí）得（dé）拥有（yǒu）”。

虚拟现实技术方兴未艾的（de）今天（tiān），电子（zǐ）皮肤可（kě）能是人类（lèi）漫游元宇宙的（de）重（chóng）要助力。在虚拟世界中，电子皮肤能最大限（xiàn）度地还原触觉，不仅使人能近（jìn）乎真实地“摸”到虚拟物体，甚（shèn）至能还原（yuán）清风、水流、火焰带给人们的感觉，极大提升沉浸感和真实感。

此外，对于（yú）烧（shāo）伤烫（tàng）伤患者、截（jié）肢患者来说，电子（zǐ）皮肤可使他们重获触觉，继（jì）续享受美好生活。

对于身心（xīn）健全（quán）的普通人而言，电子皮肤（fū）能帮什（shí）么忙？“它可以起到（dào）一（yī）种人体健康监测设备（bèi）的作（zuò）用。电子皮肤与人体（tǐ）直接接触，能够藉由高精度传感（gǎn）器直接测量我（wǒ）们身体数据（比方说心率、体温、血糖（táng）、血压）的实时情况（kuàng），相当于精密程度跃升的‘健（jiàn）康手环’。”沈国（guó）震说，目前这类（lèi）技术已经（jīng）成熟，产品也（yě）将逐步进入（rù）市场。

其实（shí），科学家还（hái）有（yǒu）更大胆的想法——能不（bú）能将智能手机的功能融入电子（zǐ）皮肤？如果电子皮肤（fū）的传感器足够敏锐、电路畅通且性能（néng）稳（wěn）定，通过“点击”电（diàn）子皮肤的（de）不同（tóng）位置来收发消息、接拨电话，是不是也顺（shùn）理成章？

也许到（dào）那时，我们真的就可以丢下（xià）手机，轻（qīng）装出门了。

*本文为《半月谈》2024年（nián）第13期内容

原（yuán）标题《与机器（qì）人握手，你敢吗？》

半月谈记者（zhě）：张漫子 / 编辑：范钟秀

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