大數據文摘出品

作者：Caleb

機器人見多了，你見過這種嗎？

帶有電子毛發，可以感知甚至預測觸摸方向。

是的，就像人類一樣。

雖然有點“黑科技”，但是開姆尼茨理工大學納米電子材料系統教授、材料、結構和納米膜集成研究中心(MAIN)科學主任Oliver G. Schmidt教授領導的研究團隊已經探索出了一種新的途徑來開發極其敏感和方向相關的3D磁場傳感器，該傳感器可以集成到電子皮膚系統(有源矩陣)中。

該團隊使用了一種全新的方法來實現3D設備陣列的小型化和集成，并朝著模仿人類皮膚的自然觸感邁出了重要一步。

MAIN施密特教授研究小組的博士生、該研究的第一作者Christian Becker說：“我們的方法允許在3D中精確的空間布置功能傳感器元件，可以在并行制造過程中大規模生產。這樣的傳感器系統很難通過已建立的微電子制造方法生成。”

相關研究登上了最新一期的Nature Communications雜志。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-29802-7

折紙技術將3D傳感器與微電子電路集成

研究團隊提出的傳感器系統的核心是所謂的各向異性磁阻(AMR)傳感器。

AMR傳感器主要用于精確確定磁場的變化，目前多用于汽車中的速度傳感器，或確定各種機器中運動部件的位置和角度。

為了開發高度緊湊的傳感器系統，研究人員利用了所謂的“微型折紙工藝”(micro-origami process)。該過程用于將AMR傳感器組件折疊成三維架構，可以解析三維的磁場矢量場。微型折紙允許大量微電子元件安裝在狹小的空間中，并將它們排列成任何傳統微加工技術都無法實現的幾何形狀。

“微型折紙工藝開發于20多年前，很高興看到這種技術的全部潛力現在可以用于新型微電子應用。”Oliver G. Schmidt教授感嘆到。

研究團隊將3D微型折紙磁傳感器陣列集成到單個有源矩陣中，其中每個單獨的傳感器都可以通過微電子電路方便地尋址和讀取。

“有源矩陣磁傳感器與自組裝微型折紙架構的結合是一種全新的方法，可將高分辨率3D傳感系統小型化和集成。”Daniil Karnaushenko博士表示，他對項目中的概念、設計和實施都做出了決定性貢獻。

微小的毛發實時預測和感知觸摸方向

據了解，該研究團隊已成功地將帶有磁根細毛的3D磁場傳感器集成到人造電子皮膚中。

電子皮膚由彈性材料制成，其中嵌入了電子設備和傳感器，這類似于與神經交織的有機皮膚。

當頭發被觸摸和彎曲時，底層的3D磁傳感器可以檢測到磁根的運動和確切位置。也就是說，傳感器矩陣不僅能夠記錄頭發的裸露運動，還可以確定運動的確切方向。與真實的人類皮膚一樣，電子皮膚上的每一根頭發都成為一個完整的傳感器單元，可以感知和檢測附近的變化。

3D磁傳感器與磁發根之間的實時磁機耦合通過電子皮膚系統提供了一種新型的觸敏感知。當人類和機器人緊密合作時，這種能力非常重要。例如，機器人可以在有意接觸或意外碰撞即將發生之前，提前感知與人類同伴的交互，并提供許多細節。

機器人的擬人化

近年來，機器人的擬人化逐漸成為新的發展趨勢。

比如英國Engineered Arts團隊去年推出的機器人Ameca，團隊稱之為“機器人技術的未來一面”，代表了人類機器人技術的最高水準。

看看這宛如CG特效一樣的動作表情，難怪不少網友都想到了恐怖谷效應。

據了解，機器人的硬件和軟件都是模塊化運行的，很容易進行升級迭代，也可以獨立運行，也就是說，有時候我們甚至不需要一個完整的機器人，可以只控制頭部，或者手臂，就能完成需求。

項目組介紹，AI目前通常還只是代碼層面的內容，不像栩栩如生的機器人成品那樣能體現出戲劇性。但在軟件層面，有了AI程序和硬件層面的仿真表情技術積累，Ameca可以與任何人建立即時的融洽關系。

目前Ameca的全套運動設備還僅限于上半身，下半身仍在開發中。

除此之外，2021年，美國的創意機器實驗室(CreativeMachines Lab At Columbia Engineering)發表了關于EVA機器人的研究。這種新型機器人擁有一張柔軟而富有表現力的臉，可以對微笑等表情做出回應。

據了解，團隊使用了3D打印來制造零件，這些精準復雜的零件與EVA的頭骨無縫結合在一起。經過數周調試，EVA可以做出微笑、皺眉或是看起來心煩意亂的表情，這些表情具有一定真實性。隨后，研究人員開始指導EVA使用人工智能對面部運動進行編程，通過“觀看”表情類視頻，通過人工智能“閱讀”他人表情，然后反映在自己“臉”上。

就像這樣：

1970年，描繪人類對機器人和非人類物體感覺的恐怖谷效應問世。該理論指出，如果一個實體“不夠擬人”，那它的類人特征 (如毛絨娃娃的臉部)就會顯眼并且容易辨認，容易獲得人類的好感。相反，如果一個實體“足夠擬人”，那它的非類人特征就會成為顯眼的部分，在人類觀察者眼中產生一種古怪的感覺。

如今，隨著科技的進步，基于恐怖谷效應，在比人型機器人更加擬真的領域，一些研究成果都會被劃入恐怖谷的底端，給人那種毛骨悚然的感覺。

但或許未來某天，恐怖谷效應會隨著技術的開發而被超越，對此我們拭目以待。

相關報道：

• https://www.theengineer.co.uk/content/other/artificial-hairs-provide-added-sensitivity-to-e-skin
• https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-10781647/Scientists-developing-robot-electronic-HAIRS-mimic-natural-touch-human-skin.html