有望用于家庭服务和工业制造，清华团队构建机器人多模感知决策系统
有望用于家庭服务和工业制造，清华团队构建机器人多模感知决策系统
清华大学朱荣教授团队近期研制出一种集多功能为一体的多模触觉感知传感器，该传感器能够原位集成包括滑觉、物质、纹理、压力和温度等多种触觉感知功能，并与视觉相融合，构建出机器人感知决策大脑。这一突破性成果为智能机器人的“感知-决策-执行-控制”一体化提供了全新的系统架构，有望在家庭服务和工业制造领域发挥重要作用。
图丨触觉-视觉融合机器人可以完成复杂的任务（来源：Nature Communications）
技术突破与创新
该研究团队实现了0.05mm/s超灵敏且4ms超快响应的滑觉检测，这一突破性进展为灵巧手执行精细操作提供了丰富的触觉感知。朱荣教授表示：“如果机器人没有滑觉，在抓取物品时难以判断是否稳定抓握，而我们赋予机器人滑觉后，特别是超灵敏、超快速的滑觉反应，对各类物品的稳定抓握具有普适性，这是触觉感知技术的突破。”
图丨朱荣（来源：朱荣）
在多模触觉感知传感器研发的基础上，研究人员还提出了视觉与触觉的融合方案，并搭建了机器人多模感知、决策、执行一体化的系统架构，从而让智能机器人具有对任务规划和任务执行的自主能力，完成了一系列复杂的精细操作任务。
应用场景展示
当机器人需要从桌面上抓取细小或轻薄物品时，如笔和纸张，机器人展示出类人的智慧，巧妙地采用将物品移至桌边再拾取的行动路径，像人一样灵巧地完成抓取动作。
图丨机器人完成复杂精细操作（来源：Nature Communications）
在机器人操作装有液体的纸杯的场景中，机器人能够自主通过触觉感知系统，了解到纸杯中存在液体。随后，可在此基础上细致地将液体倒入水箱，并将空杯妥善放置于可回收箱内。
技术原理与未来展望
该团队受到人体皮肤热感受器的启发，原创性地提出热感应多模触觉传感原理，为本次研究奠定了基础。触觉传感器采用统一的热敏检测方式，实现对多维信息的集成感知。基于热感应原理的优势在于，能够使多模触觉传感器在结构、材料、检测方式等方面都非常简单。
研究人员设计了基于逻辑推理的混合级联策略，将视觉与触觉相融合，这一策略能够精准识别并分类各种生活物品。朱荣指出，逻辑推理能够将复杂的问题简单化，并适用于复杂场景下各类物品识别和整理，因而具有强大的泛化性和鲁棒性。
图丨多模态触觉传感器的结构、工作原理和功能（来源：Nature Communications）
该技术在家庭服务和工业制造领域具有较大的应用潜力。在家庭服务方面，机器人系统可以完成整理物品、端茶倒水等任务，满足老年人、残障人士等群体的生活需求。在工业制造领域，该技术可以提升工业自动化的水平、质量和效率。
据了解，该团队与机器人厂商和汽车公司等保持密切的交流与合作，希望推进技术的早日产业化应用。
相关论文以《多模态触觉感知与视觉融合，应用于机器人灵巧的家政服务》（Multimodal tactile sensing fused with vision for dexterous robotic housekeeping）为题发表在Nature Communications。清华大学博士研究生毛骞和廖子健是共同第一作者，朱荣教授担任通讯作者。