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2018年11月26日 | 斯坦福大学电子皮肤 希望赐予机器人如人类般敏感而优质的触觉

2018-11-26 来源:机器人大讲堂

机器人没有触觉会怎样?以上便是最生动的例子↑

一直以来,机器人没有足够优质的触觉,是让很多机器人学家头疼的问题。

拿起一样东西需要用多大力,以怎样的姿势拿比较合适,这些对于人类来说再简单不过的问题,对机器人来说显然并不那么轻松。

所以,在之前的工厂里,工程师们需要精准计算机器人要拿起来的物品的坐标和大小,以让机器人快速高效的完成抓取的工作。

拥有结构化环境和固定‘工位’的机器人

即便如此,再复杂的数学计算,也不能完全填补机器人没有优秀触觉的弊端。就像文章开头的那张图片,当碰到柔软的树莓时,它永远不知道自己到达什么位置,才算完美的接触到这颗果实。

所以,能否解决机器人在抓取东西这方面远不如人类能干的问题,成为很多科学家致力于解决的科研问题。

在解决这一问题上,也出现了两个比较主流的派系,一种是另辟蹊径的想法:既然机器人在触觉上还不能完美复刻人类,那么我们可以把它做得足够柔软。

因而,在各大科技类网站上,都出现过与下面图片类似的柔软抓手,它们如同章鱼的触手一般,可以把物品包裹住,再完成之后的抓取任务。

或者模仿拥有人类智慧的折纸艺术,这些折纸类的软体机器人可柔和硬,也能完好无损的将树莓抓取上来。

另一种就是死磕到底:致力于提高机器人触觉感知能力,研发中各种不同种类的电子皮肤。

近日,斯坦福大学在Science Robotics上就发表了一篇关于其电子皮肤的文章,这款电子皮肤,可以说是让我们走上了有朝一日让机器人拥有人体皮肤感知能力的道路。

其实,在人类的手指和手掌上拥有很多触摸传感器,这些传感器可以检测压力,热量和其他刺激。这些传感器和名叫“棘毛” (Spinosum) 的子层密切配合,这一层里,有微观的千山万壑,这些崎岖的地形,对人类触觉的形成至关重要。

当人的手指接触物体的时候,外层皮肤会向棘毛这一层移动。如果是轻度接触,外层皮肤会接触到那些棘毛的“小山”,山上的传感器就会感受到。如果是重度接触,外层皮肤被迫走向更深一层,凹陷的沟壑里传感器会接收到信号,这样便会引发更强烈的触感。

除此之外,棘毛还可以测量压力的方向,就是切向和法向分别有多少力施加在皮肤上,如果一根手指向北推某个东西,“小山”的南坡就会感受到强烈的信号,这是一种叫做剪应力 (Shear Force) 的力量,可以帮助人类握起一个鸡蛋:让鸡蛋不会被握碎,也不会掉在地上摔碎。

斯坦福大学的电子皮肤,就是模仿人类手指触觉器官而来的。在他们研究的装有电子皮肤的手套上,每个手指的传感器都是三层的。

其中上层和底层带电,中层是不带电的橡胶层,可以让上层和底层的电极保持分离的状态。

研究人员在 (上层与底层) 两个相对的面上,铺设了电线网格 (Grid of Electrical Lines) ,就像电场线那样。然后让这些“电场线”互相垂直,形成一个密集的感应像素阵列。其中底层,就像人类皮肤的棘毛层那样沟壑纵横。

中间的橡胶层很重要,因为两层电极距离很近,又不互相接触,这样的结构可以储存电能。当手指向下按的时候,上层电极和下层就会更靠近,存储的电能就会增加。

一方面我们可以根据储存电量的大小来判断压力的大小,另一方面底层“山丘”状的结构加上电网格上密布的点,我们也可以知道每一点上对应的压力大小和方向。这样类似人类手指的触感就形成了。

试验中,斯坦福大学的研究人员让带着装有电子皮肤的手套的机械臂在轻轻触碰到树莓时便能感知到,并且能够迅速退回不至于伤害到柔软的果实。

也可以轻轻抓起一个圆形的乒乓球任意移动。

那讲完这个神奇的电子皮肤,回到我们最初的问题。既然在解决机器人触觉方面出现了两个主要的研究方向:电子皮肤和软体机器人。那么在模仿人手的道路上,小编认为肯定是要殊途同归的。

比如像康奈尔大学这只发表在《Science》杂志上的触觉机械手“Gentle Bot”,它不仅拥有柔性的外表,还能够感知所接触物体的形状和质地。

只是,和依靠电信号的电子皮肤不一样,康奈尔大学这只触觉机械手,采用的却是导光材料。类似于“大白”的充气状手指,内部有可弯曲的波导和可携带光波的导管。当手指触摸物体时,其外部的轻微形变导致波导弯曲,进而扭曲或改变光信号,从而使机械手获取相应的触摸数据,以确定被触摸物体的坚硬程度和形状。

所以,在未来比起硬邦邦的机械手,你是不是也希望给你端茶的机器人,拥有和人类一样柔软的手掌呢?

作者:风雨扶蕖

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对于听音耳机电路,网友可能的问题涉及多个方面,以下是一些常见问题及相应的回答:

一、技术性问题

  1. 耳机电路的工作原理是什么?
    • 回答:耳机电路主要通过音频信号放大器将音频设备(如手机、电脑等)输出的微弱电信号放大,然后驱动耳机的驱动单元(扬声器)产生声音。这个过程中,耳机电路还负责音频信号的传输和转换,确保音质清晰、音量适中。
  2. 为什么耳机电路会出现杂音或失真?
    • 回答:耳机电路出现杂音或失真的原因可能有很多,包括电路接触不良、线路老化、驱动单元故障、音频信号源问题等。此外,电磁干扰、设备不兼容等也可能导致音质问题。解决这类问题通常需要检查电路连接、更换损坏部件或调整设备设置。
  3. 如何判断耳机电路是否损坏?
    • 回答:判断耳机电路是否损坏可以通过以下方法:首先,检查耳机是否能正常发声,如果无声或声音异常,可能是电路问题;其次,使用万用表等工具检测电路中的电阻、电压等参数是否正常;最后,可以尝试将耳机连接到其他音频设备上进行测试,以排除设备问题。

二、维护与保养

  1. 如何保养耳机电路以延长使用寿命?
    • 回答:保养耳机电路的关键在于避免潮湿、防止碰撞和摔落,并定期清洁。使用时应注意避免拉扯耳机线,以免损坏内部电路。此外,在不使用耳机时,应将其存放在干燥、通风的地方,避免阳光直射和高温环境。定期使用软布轻轻擦拭耳机表面和插头,可以去除污垢和灰尘,保持电路清洁。
  2. 耳机电路进水了怎么办?
    • 回答:如果耳机电路进水,应立即停止使用并切断电源。然后,使用干燥的软布或纸巾轻轻擦拭耳机表面和插头上的水分。如果条件允许,可以将耳机放在通风良好的地方自然晾干,避免使用吹风机等热源直接吹干,以免损坏电路。如果进水情况严重或无法自行处理,建议送往专业维修中心进行检修。

三、升级与改造

  1. 如何升级耳机电路以提升音质?
    • 回答:升级耳机电路以提升音质需要一定的专业知识和技术。一般来说,可以通过更换更高品质的音频信号放大器、使用更优质的线路材料、优化电路设计等方式来实现。然而,这些操作可能比较复杂且存在风险,如果不熟悉相关技术,建议寻求专业人员的帮助。
  2. 是否可以自己动手改造耳机电路?
    • 回答:虽然理论上可以自己动手改造耳机电路,但这需要具备较高的电子技术和动手能力。如果操作不当,可能会导致电路损坏甚至耳机报废。因此,在没有足够经验和专业知识的情况下,不建议自己尝试改造耳机电路。

综上所述,针对听音耳机电路的问题,网友可能关心的方面包括技术性问题、维护与保养以及升级与改造等。在解决这些问题时,应根据具体情况采取相应的措施和方法。

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1. ALU 如何实现二进制加法?

回答
在二进制加法中,ALU 使用全加器(Full Adder)或一系列的全加器(对于多位二进制数)来实现。每个全加器接受三个输入:两个加数位(A 和 B)以及一个来自低位的进位(Cin)。它产生两个输出:一个和位(Sum)和一个向高位的进位(Cout)。通过级联多个全加器,可以完成多位二进制数的加法。

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4. ALU 如何支持更复杂的算术运算,如乘法和除法?

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ALU 通常支持基本的算术运算(加、减)和逻辑运算。对于乘法和除法,ALU 可能不支持直接计算,或者仅支持部分乘法和除法的简化版本(如移位操作,可以视为乘以2的幂或除以2的幂的简化形式)。复杂的乘法和除法运算通常需要额外的硬件单元(如乘法器和除法器)来执行,这些单元可能作为ALU的补充或与之并行工作。

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回答
ALU 的设计对计算机的性能有直接影响。更快的ALU 能够更快地完成算术和逻辑运算,从而提高整个计算机的处理速度。此外,ALU 的指令集和设计的灵活性也会影响其能够执行的操作种类和效率。现代CPU中的ALU通常非常高效且灵活,能够执行多种复杂的算术和逻辑操作,以满足现代应用程序的需求。

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