大多數機器人的「視覺」辨識能力，隨著技術進步已經變得相當出色，然而，如何擁有精準、高效率的「觸覺」感知，卻依然是機器人的一大罩門。
在正常情況下，人類通常能夠單憑直覺，就明白自己握住咖啡杯，或者按下按鈕時，對物體施加了多大的力道，但是，當今的機器人卻只能依賴大量、複雜的微型感測器陣列，估算出同樣的力道後，才有辦法做出進一步應對。
為此，來自英國倫敦瑪麗皇后大學（Queen Mary University of London）的研究團隊，近日找到了一種全新解決方案，可以讓機器人直接「看見」觸覺，簡單來說就是把「觸覺」轉化成「視覺」進行處理。
擺脫複雜演算，看顏色知道多大力
新技術發明者暨倫敦瑪麗皇后大學研究員 Giacomo Sasso 指出，普通人類手上擁有超過一萬個機械性受器（Mechanoreceptors），負責處理觸覺資訊和相關任務，比方說用手按下電燈開關，因此如何做到精確的觸覺感測，至今仍是機器人領域的主要挑戰。
Giacomo Sasso 解釋，新技術的運作原理其實相當簡單，那就是為機器人的手指，裝上一款新型的「變色觸覺感測器（color-changing tactile sensor）」，將人類肉眼不可見的力量，直接轉化為動態彩色圖案，然後快速生成高解析度的接觸、形變與壓力分布圖。
Giacomo Sasso 進一步說明，當機器人透過裝有新型感測器的機械手指，施加壓力並觸碰到物體，導致柔軟的感測表面出現改變時，其材料就會產生於隨空間變化的結構色，而這些色彩可以透過普通相機快速進行擷取，讓機器人知道自己接觸到了什麼東西，不必再仰賴微型感測器陣列蒐集到的資料，以及複雜的力學重建演算法。
簡化硬體結構，普通攝影機就能用
換句話說，與其採用過往方法，將數千個微型壓力感測器，組成陣列嵌入到機器人的指尖上，Giacomo Sasso 所發明的新技術，直接將感測功能整合到了材料本身，藉由被接觸的材料受到按壓時，其所產生鮮明的彩色圖案，瞬間顯示出機器人的施壓位置、施加的力道，甚至是材料如何發生變形。
研究團隊強調，由於材料被施加壓力、變形之後所產生的彩色圖案，可以透過普通且低成本的 USB 攝影機進行擷取，這代表機器人不再需要仰賴運算負荷極高的軟體及演算法，只需「觀察」彩色圖案的模式與變化，便能立刻理解自己正在接觸什麼東西。
此外，倫敦瑪麗皇后大學推出的全新解決方案，不僅能夠產生機器人接觸物體後，高解析度的觸覺壓力分布圖，更大幅簡化了機器人的硬體結構，降低了產品的製造成本。
可組裝微米級元件，執行精密手術
選擇用「視覺」去感受「觸覺」，不只能夠讓機器人擁有更敏銳的觸覺回饋，還能應用於實際的生產環境。
舉例來說，製造商可以借由新技術，開發出更加精密的夾爪，於生產線上要求機器人組裝微米級元件，並且於製造過程中，即時檢驗夾爪細微的施力變化。
新技術亦能夠為醫療保健領域帶來深遠影響，讓人造義肢在執行精細的日常或臨床任務時，獲得更豐富的觸覺感知，甚至是協助醫療機器人於進行手術時，區分出健康組織或異常組織等。
兼顧速度、精準度，減少過往權衡
此外，全新的觸覺感測技術也有望解決機器人領域最棘手的問題之一，那就是傳統的觸覺系統，往往迫使工程師在「速度」與「精準度」之間做出取捨。
研究團隊指出，大多數有辦法反映出觸覺力道的高解析度系統，通常都需要繁瑣的運算流程，藉以重建物體接觸後的幾何形狀，進而導致機器人的反應延遲，但是若採用運算速度較快的方法，則往往會犧牲空間細節的精準度。
因此，機器人工程師經常得在「速度」與「精準度」之間做出權衡，但是隨著新技術出現，藉由將壓力直接轉化為能夠被簡易攝影機讀取的彩色圖案，這兩大問題將可以被同時兼顧，解決過往打造觸覺回饋系統的最大痛點。
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＊本文開放合作夥伴轉載，參考資料：Digital Trends、Tech Xplore，首圖來源：PxHere
（責任編輯：鄒家彥）
