为了防止意外伤害人类同事，许多工业机器人都有传感器，可以检测与人或其他物体的身体接触。科学家们现在已经设计出一种高科技毛衣，为那些还没有这种功能的机器人带来了这种功能。只要穿上这件毛衣，机器人就相当于全身裹上了一层电子皮肤，拥有全方位的感知能力。

这项技术被称为RobotSweater，由卡内基梅隆大学助理教授James McCann和Changliu Liu领导的一个团队开发。卡内基梅隆大学的研究人员表示：“我们可以利用它让机器人在与人类互动时变得更聪明！”

神奇的毛衣是怎么织成的？

据悉，该多层触觉皮肤采用成熟的纺织制造工艺和可编程工业针织机制造而成，并在平坦试验台和曲面上安装自主研发的传感器，已经在多次测试中表现出不俗的接触检测、多接触定位和压力传感能力，这种工艺拥有高度可定制性和低成本等优势，传感器的纺织特性也使其很容易适应不同机器人的曲面，同时不会破坏机器人原本的设计美感，这种电子皮肤的应用场景主要是进行带触觉反馈的闭环控制，例如机器人手臂的人类引导控制、与移动机器人进行人机交互等。

该电子皮肤RobotSweater是由两层由金属纤维制成的导电纱线组成，夹在两者之间的是网状的蕾丝图案层，这些可以导电的纱线会在对织物施加压力时，使导电纱线会形成一个闭合电路，并被传感器读取，从而使机器人可以感知外部的接触，RobotSweater 安装到机器人身体后，可以感知接触的分布、形状和力，同时它也比现在大多数机器人所依赖的视觉传感器更准确、更有效。

这些导电纱线通过针织的方式，将电线缠绕在针织物中每条条纹末端的按扣上，变成一件看起来像毛衣样子的电子皮肤，这样可以将导电纱线牢固地连接在一起，并且可以有效地应对拉伸形变，不会因此而破坏纱线。

针织完成后，这种织物可用于帮助机器人在人类触摸时“感觉”到它，特别是在对安全要求十分严格的工业生产环境中，目前用于检测工业中人机交互的解决方案看起来像盾牌，并使用非常坚硬的材料，这些材料没有办法覆盖机器人的全身，因为他没办法有较大的形变空间和拉伸度，并且如果跟人发生碰撞，坚硬的外表很可能会导致被撞击的工作人员受伤。

“毛衣”比视觉传感器更准确

“机器人毛衣”安装到机器人身上后，可感知接触的分布、形状和力度，也比现在大多数机器人所依赖的视觉传感器更准确、更有效。

据研究团队成员的介绍，安装这个电子皮肤之后，机器人将按照人类推动它的方式移动，或者可以对人类的社交手势做出反应，当RobotSweater用在机器人手臂上时，它允许使用者用手推动机器人的手臂来引导机器人运动，并且可以通过抓住和放开手臂的方法给机器人下达打开或者关闭抓手的指令。

只要不对RobotSweater施加外部压力，两个导电条纹层就会相互分离。然而，当施加压力时，这些层上的一些条纹通过网状层上的孔相互连接。这将关闭一个电路，产生一个电信号。通过分析该信号在导电条纹网格中的来源，就有可能确定在机器人的毛衣身体上哪里受到了压力。

除了全身的触觉感知，RobotSweater也可以成为一个控制平台，或者说是互动平台！人们可以通过触摸毛衣与机器人互动，从而为物理引导和训练机器人开辟了可能性。研究人员甚至正在探索在毛衣上结合手指滑动和捏合命令的可能性，来控制机械臂的前后运动、抓手开合。

在现实世界中，机器人可以通过立即停止运动做出反应。这项技术还可以让人们通过触摸机器人并对其进行物理指导，来训练机器人完成某些动作。此外，研究人员现在正在探索在毛衣上使用手指滑动和捏住命令的可能性，就像它是一个触摸屏一样。在实际的工业场景中，“毛衣”能让机器人变得更安全，它可以根据检测到的压力，如感受到撞击后立即停止运动，来确保周围环境安全。

除此之外，RobotSweater还有一个更大的优势——灵活！除了毛衣之外，这种技术还能编织成袜子、帽子、手套等……来适应机器人各种不规则的零部件形状。RobotSweater的针织面料也可以定制以适应不平坦的三维表面，更有利于他与人类或者其他外界物品交互。另外，由于RobotSweater是由柔软的柔性材料制成的，它可以应用在机器人的尴尬形状或移动部件上，而这些部件无法容纳传统的刚性传感器。

研究团队：

该团队的研究人员包括来自卡内基梅隆大学的博士生 Zilin Si 和 Tianhong Catherine Yu，以及来自加州大学圣巴巴拉分校的访问本科生 Katrene Morozov。

合作的开始很简单：三位科研人员在午餐时讨论了这个想法，而他们专业的多样性进一步促进了 RobotSweater 项目的实现。研究人员表示：“一个人在考虑制造，一个人考虑机器人技术集成，另一个人专注于传感，还有人致力于规划和控制。”研究人员准备在 2023 年 IEEE 机器人与自动化国际会议上发表这篇论文，目前文章的预印本发表在arxiv网站中。