意大利科研人員采用3D打印制造皮膚，未來可賦予機(jī)器人觸覺感知

南極熊導(dǎo)讀，隨著科技的發(fā)展，仿生機(jī)器人技術(shù)也在不斷進(jìn)步。一說到機(jī)器人，熊友們是否想到了可愛的人形電腦天使心或者是冷酷無情的終結(jié)者，他們都是機(jī)器人，但與現(xiàn)在的機(jī)器人對比除了更加智能，還有生物特有的觸覺感知能力。如果真有一天人類可以賦予機(jī)器人，擁有類似人類的觸覺感知能力，你們想讓他們干什么呢？

2022年7月10日，南極熊獲悉，意大利一組科研人員，正在利用3D打印技術(shù)開發(fā)一種人造皮膚，皆在用于提高機(jī)器人的觸覺感知能力。

△3D打印的人造皮膚

來自圣安娜高等研究學(xué)院、威尼斯Ca' Foscari大學(xué)和羅馬Sapienza大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了這種3D打印的皮膚，成功地模仿了魯菲尼小體的功能。

魯菲尼小體（Ruffini）是一種位于人體皮下皮膚組織的細(xì)胞，可以監(jiān)測壓力、拉伸、振動(dòng)、溫度、尤其是剪切力（概括的說，它存在于周圍關(guān)節(jié)的韌帶、硬腦膜、關(guān)節(jié)囊和與正常拉伸有關(guān)的組織的外纖維層，以及皮膚和淺筋膜中）。

該研究的意義，一旦附著在機(jī)器人表面，并結(jié)合基于多層卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (CNN) 的深度學(xué)習(xí)算法，皮膚就可以估計(jì)機(jī)器人與物體接觸的力和點(diǎn)，有可能在未來實(shí)現(xiàn)更安全的人類與機(jī)器人合作。

△該論文的更多研究內(nèi)容可以在《使用光纖布拉格光柵和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對魯菲尼小體進(jìn)行功能模擬，可實(shí)現(xiàn)仿生大面積觸覺敏感皮膚》中找到（點(diǎn)我傳送門）

3D打印人造皮膚
生物打印皮膚和移植物，近年來受到越來越多的關(guān)注和發(fā)展，因?yàn)樗鼈兛捎糜诩膊〗�模、測試新療法的功效，以及可作為動(dòng)物試驗(yàn)的替代方案。

△用于治療感染燒傷，和皮膚移植傷口愈合的冷等離子體技術(shù)

同時(shí)，生物打印皮膚，還作為一種可更有效促進(jìn)傷口愈合的方法而備受關(guān)注。例如NOVOPLASM聯(lián)盟，用于治療感染燒傷和皮膚移植的冷等離子體技術(shù)，以及Birmingham大學(xué)和Huddersfield大學(xué)的SLAM 3D生物打印技術(shù)，都可用于治療慢性皮膚傷口。

另外，3D打印皮膚甚至正在遙遠(yuǎn)的太空中進(jìn)行測試，國際空間站(ISS)上的宇航員，正在開發(fā)由他們自己的細(xì)胞制成的生物打印繃帶，皆在用于更好地治療在太空環(huán)境下的外傷。

△植入皮膚的感應(yīng)野和機(jī)械傳感器相互作用（感受野是卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)里面最重要的概念之一）

改進(jìn)機(jī)器人觸覺傳感
然而，意大利研究小組的生物打印人造皮膚，而是出于另一種目的，皆在實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的觸覺感知能力。特別是，該研究的結(jié)果，可能會(huì)提高移動(dòng)機(jī)器人，在一系列現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境中與人類互動(dòng)的性能，例如公共場所、家庭環(huán)境、醫(yī)療保健設(shè)施和辦公室等。

通過對現(xiàn)有，和未來的機(jī)器人賦予人類的生物感官功能，研究人員希望，提高移動(dòng)機(jī)器人在一系列交互式和手動(dòng)任務(wù)中的性能，并降低在工業(yè)環(huán)境中，與人類一同工作時(shí)存在對安全風(fēng)險(xiǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，該團(tuán)隊(duì)專注于復(fù)制魯菲尼小體的功能，這是一種小型且適應(yīng)緩慢的細(xì)胞，可檢測皮膚與外部物體之間的相互作用。

研究人員采用3D打印技術(shù)，制造了一塊8毫米厚，具有柔軟、可彎曲和拉伸特性的聚合物層，并且將430毫米長的光纖集成在一起。目前，該仿生“皮膚”類似于人類前臂的一塊，而光纖中的光纖布拉格光柵(FBG)傳感器，能夠模擬魯菲尼小體的功能。

然后將皮膚安裝到機(jī)器人上，使AI能夠檢測周圍環(huán)境中的變化。

△相鄰FBG之間交叉對話

為了解碼FBG傳感器的輸出數(shù)據(jù)，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于CNN的深度學(xué)習(xí)算法，和多網(wǎng)格神經(jīng)元集成技術(shù)，該技術(shù)可以告知機(jī)器人外部刺激的力和接觸點(diǎn)。然后，他們通過對3D生物打印皮膚和算法進(jìn)行了一系列測試。該團(tuán)隊(duì)宣稱，在這些模擬中，目前在機(jī)器人施加力的測試方面非常滿意，未來很有可能成功。

在論文中，研究人員表示，他們的發(fā)現(xiàn)很有可能為仿生人的皮膚鋪平道路，從而在未來實(shí)現(xiàn)更安全的人機(jī)合作。展望未來，該團(tuán)隊(duì)表示，他們的生物打印皮膚，可以在各種類人，機(jī)器人上實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槟�塊化皮膚貼片可以拼湊在一起，以適應(yīng)不同的機(jī)器人架構(gòu)和形狀。