意大利科研人員采用3D打印制造皮膚,，未來可賦予機器人觸覺感知

南極熊導讀,，隨著科技的發(fā)展,，仿生機器人技術也在不斷進步,。一說到機器人,，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者，他們都是機器人,，但與現(xiàn)在的機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打印技術開發(fā)一種人造皮膚,，皆在用于提高機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院、威尼斯Ca' Foscari大學和羅馬Sapienza大學的研究人員創(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胞，可以監(jiān)測壓力,、拉伸,、振動、溫度,、尤其是剪切力（概括的說,，它存在于周圍關節(jié)的韌帶、硬腦膜,、關節(jié)囊和與正常拉伸有關的組織的外纖維層,，以及皮膚和淺筋膜中）。

該研究的意義,，一旦附著在機器人表面,，并結合基于多層卷積神經(jīng)網(wǎng)絡 (CNN) 的深度學習算法，皮膚就可以估計機器人與物體接觸的力和點,，有可能在未來實現(xiàn)更安全的人類與機器人合作,。

△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，對魯菲尼小體進行功能模擬,，可實現(xiàn)仿生大面積觸覺敏感皮膚》中找到（點我傳送門）

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注和發(fā)展，因為它們可用于疾病建模,、測試新療法的功效,，以及可作為動物試驗的替代方案。

△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

同時,，生物打印皮膚，還作為一種可更有效促進傷口愈合的方法而備受關注。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,，以及Birmingham大學和Huddersfield大學的SLAM 3D生物打印技術，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的太空中進行測試，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。

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

改進機器人觸覺傳感
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，皆在實現(xiàn)機器人的觸覺感知能力,。特別是,，該研究的結果，可能會提高移動機器人,，在一系列現(xiàn)實世界環(huán)境中與人類互動的性能,，例如公共場所、家庭環(huán)境,、醫(yī)療保健設施和辦公室等,。

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

為了實現(xiàn)這一目標，該團隊專注于復制魯菲尼小體的功能,，這是一種小型且適應緩慢的細胞,，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,，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),，該團隊開發(fā)了一種基于CNN的深度學習算法，和多網(wǎng)格神經(jīng)元集成技術,，該技術可以告知機器人外部刺激的力和接觸點。然后,，他們通過對3D生物打印皮膚和算法進行了一系列測試,。該團隊宣稱，在這些模擬中,，目前在機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，從而在未來實現(xiàn)更安全的人機合作,。展望未來,，該團隊表示，他們的生物打印皮膚,，可以在各種類人,，機器人上實現(xiàn)，因為模塊化皮膚貼片可以拼湊在一起,，以適應不同的機器人架構和形狀,。