Bergner及其同事开发的新型电子皮肤系统由六边形的传感模块组成。每个模块大约是2欧元硬币大小。当它们连接在一起时,就形成了柔软的人造皮肤或皮肤补丁,可以附着在各种各样的平面或曲面上。

六边形传感器构成电子皮肤解析

大约2欧元硬币大小的六边形传感模块

睡眠模式降低系统运行对算力的需求

到目前为止,可以应用于大面积表面的电子皮肤,在它们一次可以检测到的触摸信息量方面仍存在明显局限性。另一方面,Bergner和他的同事开发的电子皮肤系统在保留了其先进的感应功能的前提下,而无需耗费大量的算力来进行。

Bergner说:“传统的信息处理对计算能力,高功耗,高信息传输速率,信息丢失和延迟的要求高得令人无法接受。另一方面,人类则可以毫不费力地处理大约500万个皮肤感受器收集到的触觉信息。在最近的研究中,我们问自己,人类的触觉是如何做到这一点的?我们如何利用研究发现神经科学来减轻我们开发的电子皮肤的局限性?”

人类皮肤上的接受器在检测到触摸压力、温度或振动的变化之前,往往会保持不活动的状态,而不是不断向大脑发送信息。当它们检测到变化时,这些接受器就会触发刺突,将该变化通过神经纤维传递给大脑。

这一过程的结果是,人类通过皮肤向大脑提供了与触摸有关的新信息。Bergner和他的同事对该生物过程进行了深入研究,并试图将其过程复制到他们的电子皮肤中。

Bergner解释说:“在我们的系统中,每个人造皮肤细胞都在监视其传感器,以检测变化。当他们检测到足够大的变化时,皮肤细胞就会向计算机报告新信息,否则它们就会进入睡眠模式。该操作大大降低了系统运行对算力的需求。”

六边形传感器构成电子皮肤解析

电子皮肤系统的皮肤细胞形成图示

每个传感器模块或皮肤单元都使用不同的传感器(例如S1,……,S4)和一个微控制器(μC)的处理能力;这些模块相互连接,形成模块网络,并在每个模块与信息处理系统(例如计算机)之间提供双向通信路径,以构成该电子皮肤系统的一个皮肤细胞。

用超1万块传感器覆盖机器人,减少80%计算量

Bergner和同事们成功将他们电子皮肤应用于一个人类大小的机器人——H1身上。该系统能够使用1260个皮肤细胞覆盖整个身体,其中包括超10000个传感器,这是以前从未做过的。

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