先進機械傳感器媲美人類皮膚觸感

香港城市大學（城大）學者研發出仿如人類皮膚的新型觸覺傳感技術，有望改善身體有嚴重創傷人士的生活質素。

上述極其精巧的技術是由城大學者領導的兩個計劃研發，令機械手靈巧如人手，能夠拿線穿針，甚至抓住豆腐而不捏碎。

首項研究計劃由城大生物醫學工程學系副教授申亞京博士領導，與香港大學合作。該計劃研發出可媲美人類皮膚的新型柔性觸覺傳感器。

研究結果刊登於學術期刊《科學．機器人學》，題為「具有外力自解耦觸感超分辨率的柔性磁化皮膚」。有關研究將促進智能假肢及人機互動等範疇的應用發展。

此傳感器設置於仿照人類多層皮膚的結構內，其最大特點是具解耦的能力，即將外力自動區分為兩類不同力量，並準確量度該兩種力度，以分析或控制物體的靜止或運動狀態。 

此外，傳感器的觸感「超分辨率」可精確判斷外來刺激的位置。申博士說：「我們利用深度學習，開發出一種高效的觸感超分辨率算法，把外來刺激的定位精確度提高了60倍，是眾多超分辨率方法中，至今所報導過的最佳紀錄。」 

申博士說：「就我們所知，這是首個同時具有自解耦和超分辨率功能的觸覺傳感器。」

研究團隊將傳感器安裝在機械手上進行實驗，顯示機械手可以完成具挑戰性的任務。例如，機械手在有外力嘗試干預的情況下，仍能非常穩定地抓緊易碎物件如雞蛋，並在遠程操控下拿線穿針。

申博士補充說：「我們研發的傳感器可應用於自行適應抓取、靈巧操作、識別質感、智能假肢及人機互動等方面。媲美人類皮膚的人工柔性觸覺傳感器日漸進步，將有助家用機械人成為我們未來日常生活的好幫手。」

另一項研究計劃由城大機械工程學系助理教授楊征保博士共同領導。研究團隊在人類皮膚精巧結構的啟發下，研發出高度敏感的觸覺傳感器陣列，有望讓皮膚受損者及截肢者重拾觸覺，並可應用於監測人體健康狀況上。 

團隊研發的雙層壓電效應觸覺傳感器陣列由兩層保護層、單層隔離層及兩層壓電感知層組成。他們也發明了「行+列」電極排列模式，可大量減省成本。  

楊博士表示：「我們研發的系統能即時感應及判斷外界的刺激如扭曲、拉緊及按壓等。它的反應速度極快，反應時間可短至10毫秒，甚至比人體皮膚的反應還要快！」

此觸覺傳感器非常精巧，能夠成功將豆腐抓住而不捏碎，顯示這技術有巨大潛力應用於人機互動界面上，可促進智能假肢、機械手，及處理柔軟和易碎產品器材的發展。

該系統大有可能用於重建人類的觸覺系統，例如為皮膚受損者及截肢者重拾觸覺。此外，該傳感器亦可透過檢測微弱的動脈脈搏，協助監測人體健康狀況。 

團隊的研究結果刊登於學術期刊《先進科學》，題為「仿照人類皮膚、以無訊號串擾的行+列電極排列模式區分不同時空刺激的觸覺傳感器陣列」。 

編輯注意：

檔案名稱：Photo_01
圖片說明：申亞京博士研發出可媲美人類皮膚的新型柔性觸覺傳感器。

檔案名稱：Photo_02
圖片說明：楊征保博士（左）與團隊研發出高度敏感的觸覺傳感器陣列。

檔案名稱：Photo_03
圖片說明：申博士的團隊將傳感器安裝在機械手上，可在遠程操控下拿線穿針。

檔案名稱：Photo_04
圖片說明：楊博士的團隊將觸覺傳感器安裝在機械手上，能夠成功將豆腐抓住而不捏碎。

檔案名稱：needle threading.mp4
影片說明：安裝了傳感器的機械手可在遠程操控下拿線穿針。

檔案名稱：tofu.mp4
影片說明：安裝了傳感器的機械手能夠成功將豆腐抓住而不捏碎。

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