不仅“怕疼”还能“自愈”？NTU团队开发了拥有痛觉的机器人

近期，新加坡南洋理工大学（NTU Singapore）的科学家用大脑启发式的学习方法开发了一种算法，该算法能够让机器人识别疼痛、在受伤时进行自我修复。

该系统拥有人工智能支持的传感器节点，可以处理物理压力产生的疼痛。

在该系统的支持下，机器人可以在“受轻伤”的时候检测伤口情况并修复自己的损伤，整个过程无需人工干预。 

当前，机器人需要借助传感器网络来生成有关周围环境的信息。

例如，灾难救援机器人会使用摄像头和麦克风定位废墟下的幸存者，然后通过手臂上的触摸传感器引导消防人员将幸存者救出。

又如，一台普通的工厂机器人在装配线上工作时，会利用计算机视觉j将手臂引导到正确的位置，触摸传感器会在捡起物体时判断物体是否在滑动。

传感器并不是信息处理系统，它的功能是将信息传送到一个大型的中央处理单元，中央处理器相当于“大脑”，会根据传感器送来的数据进行机器学习。

但是，现在的机器人通常布线过多，导致响应时间的延迟。同时，这些机器人也容易受到损害，需要长时间的维护和修复，成本高昂。

NTU科学家的新方法就能有效解决上述问题，他们将AI嵌入到机器人传感器的节点网络，并将其连接到若干个小而精的处理单元，这些处理单元就像分布在机器人“皮肤”上的“迷你大脑”。

研究人员说，这就相当于让机器学习直接在传感器上进行。与传统机器人相比，装有“迷你大脑”的机器人的布线要求和响应时间缩短到原来的1/10到1/5。 

电气与电子工程学院副教授阿林达姆·巴苏说：“未来机器人将会和人类一起工作，我们需要保证机器人能够和我们安全互动。”

出于这个原因，世界各地的科学家一直在寻找方法让机器人具备感知能力，比如感受疼痛并对其做出反应、承受恶劣的操作条件等。

然而，将众多传感器组装在一起的复杂性以及由此引发的系统脆弱性是科学家们面对的主要障碍。

巴苏教授补充道：“我们的工作已经证明了机器人系统的可行性，该系统能够以最少的线路和电路有效地处理信息。通过减少所需的电子元件数量，我们的系统拥有很强的可扩展性，这将有助于加快新一代机器人在市场上的普及。”

为了教会机器人识别疼痛、对破坏性刺激作出反应，研究小组制作了记忆晶体管，作为人工疼痛感受器和突触。记忆晶体管是一种“类似大脑”的电子设备，能够进行记忆和信息处理。

把“迷你大脑”与一种自愈离子凝胶材料相结合，意味着机器人可以在受损时、在无人干预的情况下恢复其机器功能。 

当机器人被利器划伤时，它很快就会失去机械功能。但自愈离子凝胶中的分子开始相互作用，帮助机器人“缝合”其“伤口”，并恢复其功能，同时保持高度的响应性。

即使是在受损后，机器人仍然能够继续对物理压力作出反应，这一点证明了系统的鲁棒性。

这项研究的第一作者，罗西特·亚伯拉罕约翰说：“该系统模仿了我们生物系统的工作方式，很像人类皮肤划伤后自我修复的方式。如果该系统能够被应用到生产环节，将会极大节省维修费用。”

联合作者之一、NTU材料科学与工程学院的副教授恩里蓬·马修斯说：“传统的机器人以结构化编程的方式执行任务，但我们的 机器人可以感知周围的环境，并作出相应的学习和适应行为。”

参考：

1.https://www.sciencedaily.com/releases/2020/10/201015101812.htm

2.http://opticsjournal.net/Post/Details/PT201104000010IeKhN