柔软的感觉可能被认为是理所当然的，但它在许多行为和互动中起着至关重要的作用——从判断鳄梨的成熟度到进行体检，再到握住爱人的手。但理解和再现柔软感知是具有挑战性的，因为它涉及到许多感官和认知过程。

机器人研究人员试图用触觉设备来解决这个问题，但之前的尝试并没有区分柔软感知的两个主要元素:皮肤线索(来自指尖皮肤的感觉反馈)和动觉线索(关于手指关节上的力量大小的反馈)。

“如果你用指尖按压棉花糖，很容易看出它是软的。但是，如果你把一块硬饼干放在棉花糖上面，然后再按一下，你仍然可以感觉到软软的棉花糖在下面，即使你的指尖碰到的是坚硬的表面，”工程学院可重构机器人实验室的博士生穆斯塔法·梅特解释说。“我们想看看我们是否能创造一个机器人平台来做同样的事情。”

通过SORI(柔软渲染界面)，由Jamie Paik领导的RRL已经实现了这一点。通过分离皮肤和运动感觉的线索，SORI忠实地重现了一系列真实材料的柔软性，填补了机器人领域的空白，使许多应用在柔软感至关重要-从深海探索到机器人辅助手术。

这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上。

我们对柔软的感觉都不一样

米特解释说，神经科学和心理学研究表明，皮肤的线索在很大程度上是基于皮肤与物体表面接触的程度，这通常部分与物体的变形有关。换句话说，覆盖你指尖更大面积的表面会被认为更柔软。但由于人类指尖的大小和硬度差别很大，一个手指可能比另一个手指更容易接触到给定的表面。

“我们意识到，由于我们手指的形状不同，我感觉的柔软度可能和你感觉的不一样。因此，在我们的研究中，我们首先必须为指尖及其接触面的几何形状制定参数，以便估计指尖的柔软度，”Mete解释说。然后，研究人员从一系列不同的材料中提取柔软度参数，并将这两组参数映射到SORI设备上。

在RRL标志性的折纸机器人研究的基础上，SORI配备了电机驱动的折纸关节，可以调节成更硬或更柔软。在关节的顶部是一层凹凸不平的硅胶膜。空气的流动使膜以不同程度膨胀，以包围放置在其中心的指尖。

通过这种新颖的运动感觉和皮肤功能的解耦，SORI在与两名人类志愿者的几次实验中成功地重现了一系列材料的柔软性，包括牛肉、鲑鱼和棉花糖。它还模仿了软硬兼备的材料(比如棉花糖上的饼干，或者皮革装订的书)。在一个虚拟实验中，SORI甚至重现了心脏跳动的感觉，以证明它在渲染运动中的柔软材料方面的功效。

因此，医学是这项技术潜在应用的主要领域;例如，训练医学生检测癌性肿瘤，或者为使用机器人进行手术的外科医生提供关键的感官反馈。

其他应用包括机器人辅助的太空或深海探索，在那里，该设备可以使科学家从遥远的地方感受到发现物体的柔软度。SORI还可能解决机器人辅助农业面临的最大挑战之一:在不压碎的情况下收获鲜嫩的水果和蔬菜。

梅特总结道:“这并不是机器人的柔软传感器，而是以数字方式传递‘触摸’的感觉，就像发送照片或音乐一样。

作者：洛桑综合理工学院

链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2024/03/240311173019.htm

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