为了让机器人知道疼！科学家发明了带“神经”的人造肉

一种具备高敏感度且成本低、结实耐用的机器人“皮肤”，可以像戴手套一样添加给机器人 （图片来源：剑桥大学）

小时候打针，你有没有抱怨过：“太疼了！我要是像机器人一样没有痛觉就太好啦？”然而事实上，能感觉到疼痛，不管是对于动物还是机器人都至关重要。这一点在许多涉及机器人的科幻影视作品中也都有强调！

即便是战斗型机器人也需要接收“痛觉”反馈 （图片来源：电影《终结者2》剧照）

为了对环境、压力以及自身损坏状况进行感应，当前的机器人大都需要安装一系列复杂、脆弱的传感器系统，然而，不同传感器的信号间容易相互干扰，其柔性载体材料也相对脆弱……

不过最近，一篇发表在《科学》（Science）杂志旗下的顶级机器人学子刊《科学·机器人学》（Science Robotics）上的研究，向我们展示了一种革命性的新思路。

英国剑桥大学的科学家利用一种类似果冻的廉价凝胶材料，模拟皮肤的触感能力，创造出一种知冷热，会疼痛的“人造皮肤”。之后，为了验证它的性能并收集必要参数，科学家们对其进行了一场涉及烧灼与切割的“残酷”测试……

在被暴力拆解前，机器人请同伴帮忙关闭痛觉接收器 （图片来源：电影《人工智能》剧照）

走仿生路线，不再堆砌传感器

若要让机器人真正走入我们的生活，在保洁、育儿、抢险甚至医治病患等领域发挥作用，防止机器人在作业中伤到人类、自己或其他财物，保障工作可以顺利进行，我们就必须给予机器人感知冷热、压力以及自身受损情况（疼痛）的能力。

过往的解决方案是根据需要，为机器人安装一系列传感器，如压敏电阻、热敏电阻或压电材料等。这些材料可以将温度或压力转换为电信号，但普遍存在精度和耐用性等方面的问题，并且多传感器的设计让整个系统变得复杂而难以维护，各传感器之间的信号还会相互干扰，传感器所嵌入的载体材料，如软硅胶、橡胶等也都相对脆弱，容易损坏。

为此，科学家换了一种思路，“化繁为简”，设计并制造了一种“多模态”（multi-modal）传感器，它仅使用单一传感器就能检测包括温度、压力以及受损情况在内的多种“刺激”。

“握手”之后，就要对这只“人造手”进行“残酷”的实验了 （图片来源：剑桥大学）

更易走向实用的人造肉，廉价且坚固！

为了满足既定的要求，研究人员看上了一种天然蛋白质材料，明胶。它提取自动物组织，被广泛用于制作果冻、胶囊，甚至是工艺品。以其为基础制作而成的导电材料，价格低廉，易生产，坚固耐用，可塑性也强！

根据具体需要，科学家可以将这种“明胶基”材料制成不同的形状。在为其装配上一种特殊的电极后，它可以通过数十万条连接通路，将受到的各种压力刺激都反馈为对应的“感觉”。其工作模式类似于人类的触觉！

暴力实验，加速机器人“成长”

为了测试这种新材料好不好用，科学家们用它做了一个柔软、有弹性又能导电的“人造手”。之后，他们为其装配了多种电极配置，并对其进行了一系列带有破坏性质的测试，以寻找最优的配置方案！具体的“折磨”包括，使用热风枪猛吹，用手指甚至机械臂猛戳，以及用手术刀切割……

最终，伤痕累累的“人造手”通过内嵌的超过86万条导电通路为科学家们收集到170多万条数据，其密集程度令人惊叹！

研究人员表示，将来可以在机器人本体加载相应的智能学习系统，再将收集到的数据“喂”给它。训练完毕后，机器人就可以像人类一样，通过“人造肉”受到的刺激来识别对应的触感和损伤了！比如去“感受”自己是有些靠近热源，还是已经被烫伤；自己是被轻轻推了一下，还是被什么锋利的东西切入了“皮肤”。

让机器人精准识别自己是被碰了一下手，还是已经被烤糊，并不是一件容易的事 （图片来源：剑桥大学）

对于自己的研究成果，研究人员自信满满。他们表示，虽然该项目所制造的“人造肉”还没有达到人类皮肤的细腻感知水平，但它的运作方式灵活，易于制造，在许多任务领域都可以用人类触觉的经验进行校准，因此比当前所有其他的同类方案都要出色！

解剖曾风靡全球的触觉反馈式玩具“搔痒娃娃埃尔莫（Tickle Me Elmo）” （图片来源：维基媒体）

如果该研究的成果能够投入应用，未来机器人在开展各领域的工作时必定会更加精确、高效，并且由于终于能与人类“感同身受”了，他们与人类间的协作也应当会更加和谐、融洽。

当一个个不知冷暖、软硬的“铁疙瘩”终于获得细腻的触觉，甚至可以感受我们的触碰与体温，人类距离让机器人真正地理解并安全融入我们的生活似乎又近了一大步。

只是在机器人越来越像我们的同时，我们距离被机器人威胁和取代的危机是不是也又迫近了一步呢？欢迎在评论区分享你的看法。

作者：宋世超

审核：陈世超 中国科学院自动化研究所 副研究员

本文在科普新媒体平台“蝌蚪五线谱”刊发，经授权发布