从做鞋垫到做机器人,这家企业把“电子皮肤”玩出新花样

长江日报大武汉客户端9月5日讯(记者覃柳玮)给模特穿上特制的上衣,在衣服上轻轻一划,电脑屏幕上就显示出刚刚划动的轨迹。4日,在武汉纺织大学一间实验室里,钟卫兵副教授正在指导学生测试一块“电子皮肤”,未来,机器人也能像人一样拥有“触觉”。意想不到的是,这项“黑科技”最早是为鞋垫研制的。

在衣服上轻轻一划,电脑屏幕上就对应显示出刚刚划动的轨迹。记者覃柳玮 摄

钟卫兵拿起一块餐巾大小的“电子皮肤”样品,骄傲地说:“这上面密布着1024个传感点,最小间距仅2毫米。这些微小感知节点就像神经末梢,能帮助机器人感知每一寸肌肤受到的压力。”

2012年,一家企业找到钟卫兵,希望他帮忙研发一款用于运动步态监测的智能鞋垫,这种鞋垫可记录健康信息,观察扁平足、拇指外翻等情况。其实,当时国外已经有一些步态检测的方案,但是一台步态检测系统售价在20万元左右,且难以满足传感鞋垫对高频行走所需的耐久要求。

智能鞋垫。记者覃柳玮 摄

经过多年攻关,2018年,第1代专门用于鞋垫的电子皮肤研制成功。钟卫兵团队通过微观结构控制,最终实现材料在受压时动态弯曲、改变接触面积,进而输出稳定且灵敏的压力信号。该款电子皮肤可以承载300千帕的压力。

2018年,团队成立武汉飞帛丝科技有限公司,将技术推向市场。但实验室里的技术刚拿出来,就吃了闭门羹。“我们的产品什么性能都很好,但对热、湿环境不耐受。老师们只埋头做研究,却忽略了鞋垫的使用场景。”2020年,经过技术改进,第二代智能步态传感垫问世,这款产品更耐高温、高湿的环境。如今,这一产品已经远销欧美。

2021年,又有公司找到了钟卫兵,希望共同为机器人穿上电子皮肤。鞋垫承受的是大压力,皮肤感受的是小压力,这对材料的灵敏性提出了更高要求。

一切从头开始,团队成员10多人来自力学、电学、纺织材料、集成电路、软件工程等多个领域,要让轻轻的触碰产生的电信号被捕捉到,可感知压力最小要做到0.75帕。

用于电子皮肤的纤维材料。记者覃柳玮 摄

“一开始,我们做出一个创可贴大小的电子皮肤,它的灵敏度可以完整、精确输出人的脉搏。可产品交给用户后,他们并不买账。电信号的确被捕捉了,但如何解读这些信号,如何运用这些信号呢?产品又卡在了市场环节。”

团队一点点突破。因为电子皮肤是一种柔软的织物,包裹性好,把它包裹在人体模型上,再给模型佩戴上各类可穿戴产品,就能检测出穿戴物对人体局部施加的压力值。把电子皮肤运用于汽车座椅上,能通过乘客坐姿信息指引座椅调节,提升乘坐舒适体验,延缓疲劳。

运用场景越来越丰富,数据也越来越多,团队开始深度开发电子皮肤,研制出专门的数据解读软件。用户通过软件就能直接得出想要的数据,减少了用户使用的担忧。

乘胜追击,钟卫兵团队开始攻关机器人的运用。“电子皮肤在机器人身上主要用于手部,手部拿取物品时如果能感受到压力的变化,动作会更灵巧。”与传统的薄膜技术相比,电子皮肤可以任意弯折,特别适合手部这样复杂的场景。为了提高采集信号精细程度,钟卫兵还增加了传感器的数量,提高像素密度。

钟卫兵展示电子皮肤。记者覃柳玮 摄

今年5月以来,飞帛丝已经与4家机器人企业达成了合作,共同开发机器人电子皮肤。如今电子皮肤量产版本的感知范围一路进阶,最低可监测到10帕的微压,与一次脉搏的轻颤差不多,最高可达300千帕,相当于一个成年人脚底站立时的最大压力。而实验室版本的灵敏度,可实时探测到一只蚊子落脚时的压力。

从实验室到市场,钟卫兵走了很多弯路,但也积累了丰富的经验。他说:“酒香也怕巷子深,实验室有许多好技术,但因为研发人员对市场敏感度较差,且不懂营销,这些技术无法被更好开发利用。电子皮肤将成为连接现实与未来、工业与智能的关键接口。我们立志开发更多应用场景,让这块中国布料,成为世界科技的新语言。”

【罗田甜】

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