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*Este artículo es el contenido del número 13 de "Half Moon Talk" de 2024.

¿Por qué es tan difícil darle la mano a un robot?

Los bebés pueden echar suertes cuando tienen 1 año, pero dejar que un robot aprenda a agarrar es algo que cientos de artículos de revistas importantes no pueden explicar con claridad.

Los científicos nos dicen que es más difícil para un robot levantar un globo o levantar un vaso que jugar al ajedrez como un humano, hablar como un humano o caminar como un humano. "Hace diez años, había un dicho en nuestro círculo: 'No le des la mano a los robots'", dijo Shen Guozhen, director del Instituto de Dispositivos Electrónicos Flexibles y Fabricación Inteligente del Instituto de Tecnología de Beijing.

¿Por qué dices eso? ¿Qué falta en la forma en que un robot que no sabe dar la mano interactúa con el mundo?

Es realmente diferente sin piel.

resultar ser--

"En el pasado, los robots no tenían sentido del tacto y no podían controlar su fuerza. Cuando estrechaban la mano de las personas, no sabían cuándo soltarlas. Si no tenían cuidado, podían aplastar los huesos de las personas. manos." La respuesta de Shen Guozhen reveló un punto importante de la investigación sobre robots: el cuerpo del robot. Falta un órgano humano, y es el más grande: la piel.

Sin piel, es difícil que los robots tengan un sentido del tacto desarrollado. Una de las imágenes de robots clásicas de la historia del cine, "Eduardo Manostijeras", hiere accidentalmente a personas con fuerza, todavía no es infrecuente en los laboratorios de robótica.

Por esta razón, ya hemos hablado de robots que escriben ensayos y juegan al ajedrez, pero aún no hemos oído hablar de robots que realicen hábilmente las tareas domésticas.

El tacto es en realidad una "combinación" de información sensorial múltiple: la ubicación del contacto, el tamaño y dirección de la fuerza de contacto, la temperatura, textura y dureza del objeto de contacto (o incluso del objeto sin contacto)... Nuestro La piel puede capturar esta información con extrema delicadeza. Las pistas pasan al cerebro y se inician muchas de nuestras reacciones y acciones inconscientes.

Se puede decir que la piel no es sólo una capa de casi 2 metros cuadrados de adherencia sobre la superficie del cuerpo, sino también el vínculo de comunicación e interacción entre las personas y el mundo que las rodea.

Entonces, ¿qué tal si le agregamos una máscara al robot? ¿Pueden los robots percibir y adaptarse al entorno como los humanos?

Mano robótica equipada con piel electrónica tridimensional biónica interactúa con la mano humana

Piel electrónica, ¿qué es exactamente?

Por supuesto, no todos los robots de las películas se parecen a Edward.

Aunque el robot Alita, protagonista de la película de ciencia ficción "Alita", es delgada, es una "guerrera hexagonal". Su poder de lucha proviene de la "tecnología negra", incluida la piel electrónica que es más sensible que la humana.

Sí, piel electrónica. Al permitir que los robots perciban plenamente su propio cuerpo y el entorno que los rodea, la piel electrónica se ha convertido en un importante campo de investigación en la robótica actual.

Una vez que el robot tenga sentido del tacto con la ayuda de una piel electrónica, podrá leer de manera más completa y precisa las señales de presión en el entorno, y sus acciones serán más flexibles y efectivas. En términos generales, los robots actuales carecen de retroalimentación de fuerza precisa sobre los objetos, lo que dificulta agarrar y manipular con precisión objetos pequeños o blandos. La piel electrónica puede brindar a los futuros robots un par de "manos hábiles" y puede resultar fácil realizar cirugías de alta precisión.

Entonces, ¿qué es exactamente la piel electrónica?

Shen Guozhen introdujo que la piel humana está compuesta de epidermis, dermis y tejido subcutáneo, y la piel electrónica tiene una estructura "sándwich" similar, que consta de materiales de electrodos, materiales activos y sustratos flexibles. El material del electrodo sirve como capa de conexión eléctrica y está ubicado en ambos lados del material activo para recibir y transmitir señales eléctricas; la función del material activo es convertir los estímulos ambientales en señales eléctricas detectables; el sustrato flexible se encarga de soportar el; La piel electrónica y su conexión con el cuerpo del robot encajan.

¿Qué problemas hay que resolver para desarrollar una piel electrónica? El primer problema es la "suavidad" del material. La clave de la piel electrónica reside en la palabra "suave". Los materiales que puedan servir como piel deben ser flexibles y estirables, no rígidos ni quebradizos. ¿Cómo es posible "enrollar los dedos suavemente"?

Actualmente existen tres direcciones de exploración en la comunidad científica. El primero se centra en la flexibilidad física y se esfuerza por desarrollar materiales a escalas más pequeñas. Por ejemplo, el nanosilicio suave y altamente biocompatible se puede utilizar como sensor bioquímico para lograr hasta cierto punto funciones de la piel. El segundo se basa en la flexibilidad estructural. Se realizan esfuerzos para desarrollar diversas estructuras mecánicas novedosas de metales y otras sustancias, como resortes, espirales, serpientes... y transformar materiales duros tradicionales en nuevos materiales con buenas capacidades de estiramiento y flexión. Otros científicos están tratando de romper la flexibilidad intrínseca y cambiar las propiedades de los materiales poliméricos mediante la ingeniería de polímeros para que tengan altas propiedades de tracción e incluso funciones de autocuración.

Para desarrollar la piel electrónica, también debemos trabajar en la función de detección. La sensación es la base para que las máquinas perciban el entorno. Pueden sentir la presión y la temperatura, juzgar diferentes objetos tocados y decir si lo que tenemos en la mano es un melocotón o un huevo. El sensor táctil debe obtener las diversas características de la superficie del objeto de contacto de la manera más completa posible y tiene requisitos particularmente altos en cuanto a sensibilidad de detección.

La piel electrónica flexible, estirable y multifuncional desarrollada por el equipo de Shen Guozhen se puede utilizar para monitorear en tiempo real las señales fisiológicas humanas.

Además, también es un problema cómo transmitir eficientemente las señales capturadas por los sensores. La clave es, ¿cómo minimizar la pérdida de señales durante la transmisión al "cerebro" del robot?

Piel electrónica, ¿compramos una también?

De hecho, la piel electrónica no es sólo la próxima generación de equipos para robots, sino también "digna de tenerla" nosotros mismos.

Hoy en día, con la tecnología de realidad virtual en auge, la piel electrónica puede ser una ayuda importante para que los humanos deambulen por el metaverso. En el mundo virtual, la piel electrónica puede restaurar el sentido del tacto en gran medida, no solo permitiendo a las personas "tocar" objetos virtuales de manera casi realista, sino que incluso puede restaurar los sentimientos que les brindan la brisa, el flujo de agua y el fuego. mejorando enormemente la sensación de inmersión y realidad.

Además, para los pacientes con quemaduras, escaldaduras y amputados, la piel electrónica puede permitirles recuperar el sentido del tacto y seguir disfrutando de una vida mejor.

¿Cómo puede la piel electrónica ayudar a la gente común y corriente que es física y mentalmente capaz? "Puede funcionar como un dispositivo de seguimiento de la salud humana. La piel electrónica está en contacto directo con el cuerpo humano y puede medir directamente el estado en tiempo real de los datos de nuestro cuerpo (como la frecuencia cardíaca, la temperatura corporal, el azúcar en sangre y la presión arterial). ) a través de sensores de alta precisión, lo que equivale a precisión. El nivel de 'pulsera de salud' ha aumentado". Shen Guozhen dijo que este tipo de tecnología ha madurado y los productos ingresarán gradualmente al mercado.

De hecho, los científicos tienen una idea más audaz: ¿se pueden integrar las funciones de los teléfonos inteligentes en una piel electrónica? Si el sensor de la piel electrónica es lo suficientemente sensible, el circuito es fluido y el rendimiento es estable, ¿no sería lógico "hacer clic" en diferentes posiciones de la piel electrónica para enviar y recibir mensajes y realizar llamadas?

Quizás entonces realmente podamos dejar nuestros teléfonos móviles y salir a la calle con tranquilidad.

Título original "¿Te atreves a darle la mano a un robot?" 》

Reportero de Banyuetan: Zhang Manzi/Editor: Fan Zhongxiu

Editor: Qin Daixin/Revisor: Zhang Ziqing