文|創瞰巴黎

導讀

智能機器人如何實現類人的高靈巧操作？觸覺傳感器在當中起到至關重要的作用。巴黎綜合理工大學開發出了一種能測量觸覺力度的高柔性觸覺材料，可用于觸覺傳感器及多種應用的研發。

一覽：

• “觸覺學”研究一切與觸覺有關的現象。全球許多學者都在研究如何用機械設備再現觸覺。
• 巴黎綜合理工大學固體力學實驗室研究主任Kostas Danas開發出了能測量觸覺力度的材料，可用于觸覺傳感器中。
• 新型材料在手術、假肢等醫學相關領域有著良好的應用前景。
• 新型材料在日常生活中也能發揮用途，例如改善電梯門的開關控制機制。

一說起“觸覺學”，許多人可能會感到陌生，但其基本理念十分簡單：研究一切與觸覺有關的現象。全球許多學者都在研究觸覺的本質，以及如何用機械設備再現觸覺——正如用相機再現視覺影像。

據巴黎綜合理工大學、法國國家科學研究中心（CNRS）固體力學實驗室研究主任Kostas Danas介紹：“觸覺學并非新興事物。觸覺傳感器的研發，早在四十年前就已開始。”

01 走近觸覺學

日常生活中，觸覺技術最常見的應用是手機的震動反饋——用戶在屏幕上點一個鍵，手機便震動一下，模擬觸感。類似的技術在虛擬現實手套中也得到了應用。

觸感模擬技術如今已司空見慣，真正的挑戰在于開發出能通過觸覺感知周圍世界的材料。Danas的團隊自2015年起便在攻克這一難題。據Danas介紹：“我們正在研發一種高柔性觸覺材料，以聚合物和可磁化分子構成。可磁化分子和傳統磁性材料的分子無異，有些類型可在外磁場的作用下永磁化，將這類分子跟聚合物交織，就能得到一塊‘柔性磁鐵’?！?/p>

“物體觸碰材料，材料會發生形變，其周圍磁場也會相應發生可量化的改變。”

Danas團隊的新材料在外磁場中會發生形變；在外力下形變時又會改變自身周圍的磁場，從而具備觸覺感知力。Danas解釋：“物體觸碰材料，材料會發生形變，其周圍磁場也會相應發生可量化的改變。我們分析磁場的變化和形變的程度，就能算出觸碰的力度?！被诖祟惣夹g開發出的傳感器被稱為觸覺傳感器。

02 觸覺材料的醫療應用

觸覺傳感器有著諸多應用可能。Danas團隊的新材料柔性高，可貼附在各種形狀的機器人上?！胺彩怯袡C器人的地方，就有我們材料應用的可能?，F在的機器人只能通過攝像頭‘看’世界，不能‘觸摸’世界?！睓C器人一旦有了觸覺傳感器，能力范圍便會大大增加。例如在生物醫藥領域，可以用觸感機器人進行微創手術[1]。

微創手術，指通過患者身體上的微小切口，利用細長的內窺鏡、搭載攝像頭的小型機器人進行的手術。僅具備2D視覺的機器人局限性較強，一旦給機器人賦予觸覺，其能力則會更上一層樓，收集返回的信息量也會大幅提升，從而使更多類型的手術“微創化”成為可能，減少手術風險，縮短恢復時間，推動醫學技術的進步。

觸覺檢查是觸覺傳感器在生物醫療領域另一應用。一般來說，觸覺檢查由醫生親手完成，靠雙手觸覺判斷患者體內動脈和腫瘤的位置，診斷身體組織的健康狀態，但體積較小的結節、腫塊容易被忽略。如果開發具有高敏觸覺感知力的小型機器人，就能輔助醫生的檢查工作，確保無遺漏。

“新材料柔性高，可貼附在各種形狀的機器人上。”

觸覺傳感器還能裝在假肢上。假肢的手指上有了觸覺傳感器，就能將觸感傳遞給整只手。傳感器還評估假肢和使用者是否匹配。畢竟假肢平時要以多種方式活動，長期佩戴不合體的假肢會引發各類問題。

03 觸覺材料的日常應用

在日常生活中，觸覺傳感器有著廣泛的應用空間，優化現有設備。Danas指出：“普通的電梯通過光敏動作傳感器，控制門的開啟關閉。燈壞了，傳感器便失效了。傳感器裝得太高，身形較矮的兒童就有可能被門夾住?！比绻T裝了觸覺傳感器，就能實現碰到障礙物立刻彈開。

除了制作觸覺傳感器，觸覺材料具備多種應用可能性。“有一家企業已經開始使用我們的材料研發微型機器人，進入人體內精準送藥。由于材料本身具有磁性，可以通過磁鐵在體外控制其走向，還能輕松地在復雜的體液環境里行進?！?/p>

觸覺材料的無限潛力還有待探索。Danas預測：“產業界、初創界人士對材料的興趣逐漸高漲，必將開發出更多使用方式?！苯衲?，Danas成功申請到了歐洲科學研究委員會的基金，開展材料新型用途的進一步研究。