編譯：全浩
很多機器人系統(tǒng)都存在著自相矛盾的設(shè)計準則，因此這個“軟性氣動裝置(SPAs) ”將會是一個有前途的解決方案。“高轉(zhuǎn)矩或力量”常常意味著更重或者更大體積的設(shè)備，這不實用并且與可穿戴機器人的目標相悖。 “充氣人工肌肉”(PAMs) 的原理，從60年代就被應(yīng)用于為“機械矯正器”提供動力，運用此原理的SPAs是一種可以產(chǎn)生彎曲動作（同時不局限于單一方向和動作）的軟性解決方案，并可以應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域。
“機械矯正器”(機械外骨骼)讓那些由于各種各樣原因受創(chuàng)傷的病人可以恢復(fù)運動能力，但是很多的這類設(shè)備穿戴起來不太舒服并且很笨重，所以還沒有成為普及型的應(yīng)用。要想讓這類設(shè)備成為日用的、實用的東西，它們表面的觸覺界面必須要輕巧、柔順、安全并且有大量的感知和刺激點才行。一個由RRL, EPFL 和NCCR Robotics組成的團隊，近日出品了一個“軟性氣動裝置(SPAs) 皮膚”，內(nèi)嵌“壓電式傳感器（PZT）”，它可以處理這些問題并且提供“震動觸覺反饋”。
“軟性氣動裝置(SPAs) 皮膚”可以把雙向的觸覺信息傳遞到簡單的、靈敏的可穿戴界面。通過創(chuàng)造這種SPAs界面并且將其設(shè)計和穿戴到皮膚上，就有可能創(chuàng)造出一種合成的“第二皮膚”，這個“第二皮膚”輕薄且有彈性，這樣傳感器就可以布置在手臂的所有位置了，類似神經(jīng)穿過你的皮膚。當(dāng)穿戴者彎曲他們的手臂，這種皮膚和集成的觸覺反饋系統(tǒng)會同時伴隨聯(lián)動。
“軟性氣動裝置(SPAs) 皮膚”有兩層，一個底部的傳感層（ sensor layer）和一個上部的促動層（ actuator layer）。促動層由兩層硅薄板構(gòu)成，兩層之間有一個罩板以防止粘連。包括集成的傳感層，最終的設(shè)計是1.4毫米厚。為了產(chǎn)生促動，空氣會在層級間泵入，形成直徑為3-4毫米的氣泡，這樣可以產(chǎn)生高達0.3N的動力，這聽起來還是很小的力，但是人類日常手掌所產(chǎn)生的壓力與此相當(dāng)。傳感層是用壓電陶瓷元素制成，嵌入到硅薄板里，這樣可把機械壓力轉(zhuǎn)換成電壓。這種電壓然后用于測量震動的強度，震動是從促動器和SPA 皮膚接觸到的外部界面壓力產(chǎn)生的。
“軟性氣動裝置(SPAs) 皮膚” 產(chǎn)生一定頻率范圍內(nèi)的“震動觸覺反饋”。當(dāng)有物體接觸到皮膚時，力作用到外部界面，與此同時內(nèi)嵌的傳感器可以偵測到由促動器而來的這些震動。根據(jù)這個被偵測到的傳感信息，促動器會隨后主動控制震動的強度。換句話說，這個“第二皮膚”可以偵測到它正在接觸什么東西，并且隨之調(diào)節(jié)震動，這樣的“感覺”（皮膚觸覺）會是連續(xù)的。
“軟性氣動裝置(SPAs) 皮膚” 提供了高度可定制化和可穿戴化的物理界面，同時具有多點震動觸覺信號的閉合回路控制設(shè)施。它可被應(yīng)用到人類身體的任何地方。如上文所描述的，它可以成為一個即插即用的反饋機制部件單元，應(yīng)用到給那些失去運動能力的病人進行訓(xùn)練用的康復(fù)設(shè)備里，或者是虛擬現(xiàn)實游戲中提供觸感。
注：NCCR全稱為The National Centre of Competence in Research ，是由瑞士國家科學(xué)基金會創(chuàng)立的一個全國性組織。宗旨是開發(fā)創(chuàng)新的、人性化的機器人技術(shù)，促進人類的生活質(zhì)量提高。NCCR研發(fā)能與人類生態(tài)共生的機器人，讓機器人能夠同時幫助個人和社會。NCCR主要致力于三類機器人的研究：可穿戴機器人、救援機器人和教育機器人。
