第六感：机器人利用类人触觉感知实现无摄像头导航

研究人员开发出无需摄像头或外部追踪装置，便能感知触摸与运动的软体机器人。

新加坡国立大学的研究团队开发出一款软体机器人系统，赋予机器类似人类的躯体感知能力，使其能够在无需依赖摄像头或外部追踪系统的前提下，检测触摸、外力及自身运动。

该研究聚焦于本体感觉——通常被称为人体的“第六感”，它帮助人类无需观看即可了解身体的位置与动作。研究团队利用所谓的“预期感知”框架，在软体机器人中复现了类似的能力。

该系统使机器人能够预测自身身体应如何运动，并将该预测与实时感官反馈进行比较。任何不匹配都预示着外部接触或环境交互。研究人员表示，这有助于机器人区分自身运动与外部力量，而这一点长期以来一直是软体机器人领域的难题。

为了测试该技术，研究团队为柔性机器人配备了基于液态金属的传感器，能够测量弯曲、应变和形变。随后，机器人利用内部感知进行导航，并实时响应物理交互。

机器人获得第六感

新加坡国立大学机械工程系Cecilia Laschi教授表示：“软体机器人同样需要本体感觉。”

研究人员指出，传统软体机器人面临困境，因为其应变传感器既会对自身运动做出反应，也会对外部接触做出反应，导致难以判断周围实际发生的情况。

新框架通过模仿人脑预测感官反馈的方式来应对这一问题。机器人根据运动指令计算出预期的身体位置，并将其与柔性结构收集到的传感器读数进行比较。

研究团队在一个迷宫导航实验中测试了该系统。实验中，机器人在无摄像头的情况下自主移动，完全依靠触摸和内部感知来检测墙壁并调整运动路径。

在另一项测试中，人类操作员引导机器人完成类似于在人体模型上进行的按摩或医疗操作的动作。随后机器人能够高精度地学习并重复这些动作。

无摄像头导航成为现实

Laschi教授表示：“它能在0.4秒内检测到外部接触，并以极高的精度区分接触来源。即使在动态环境中，机器人也能以低于10度的误差幅度识别施加力的方向。”

研究人员认为，这项技术可以改善医疗保健、康复以及辅助机器人领域的人机交互。配备了先进传感能力的软体机器人，最终有望帮助老年用户、协助护理人员，或在微创手术中为外科医生提供支持。

研究团队还看到了在水下机器人中的应用前景。例如，受章鱼手臂启发的机器人，可以利用基于触摸的感知能力在摄像头可能因黑暗或能见度差而失效的环境中进行导航。

“机器人学本质上是一个跨学科领域，”Laschi教授补充道，并指出神经科学、材料科学、人工智能和生物学在塑造未来机器人系统方面的作用日益增强。

未来，研究人员计划利用机器学习模型来改进预测系统，这些模型的灵感来自于人脑如何通过经验构建内部表征。

该研究成果发表于《自然·通讯》。

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