新加坡國立大學研製軟性機械人 無需相機即具人類般身體感知

新加坡國立大學的研究人員開發了一種軟性機器人系統，讓機器具備類似人類的身體意識感官，能夠偵測觸摸、外力及運動，而無需依賴相機或外部追蹤系統。此研究聚焦於本體感覺（proprioception），常被稱為身體的「第六感」，幫助人類無需視覺即可了解身體位置及運動。團隊利用他們稱為「預期感知」（expected perception）框架，在軟性機器人中重現類似能力。

系統讓機器人預測身體應如何運動，並將此預測與即時感測回饋比較。任何不匹配即表示外部接觸或環境互動。研究人員表示，這有助機器人區分自身運動與外部力量，這一直是軟性機器人領域的長期挑戰。 為測試此技術，團隊為柔性機器人配備基於液態金屬的感測器，能夠測量彎曲、應變及變形。機器人隨後利用內部感測，即時導航並反應物理互動。

機器人獲得第六感

「軟性機器人也需要本體感覺，」新加坡國立大學機械工程系的Cecilia Laschi教授表示。研究人員指出，傳統軟性機器人因應變感測器同時對自身運動及外部接觸反應，難以判斷周圍實際發生何事。新框架透過模仿人類大腦預測感測回饋的方式解決此問題。機器人根據運動指令計算預期身體位置，並與來自柔性結構的感測讀數比較。 研究人員在迷宮導航實驗中測試系統，機器人無需相機即可自主移動，完全依賴觸摸及內部感測偵測牆壁並調整運動路徑。

另一測試中，人類操作員引導機器人執行類似按摩或醫療程序的動作於假人模型上，機器人隨後以高準確度學習並重複這些動作。 「它能在0.4秒內偵測外部接觸，並以驚人精度區分來源，」Laschi教授表示。「機器人亦能辨識施力方向，誤差低於10度，即使在動態環境中。」 研究人員相信，此技術可提升醫療、復健及輔助機器人的人機互動。配備先進感測的軟性機器人最終可協助長者、使用照護者或支援外科醫生進行微創手術。

團隊亦看好水下機器人應用，例如受章魚臂啟發的機器人，可利用觸摸感知導航相機難以應付的黑暗或低能見度環境。 「機器人學本質上是跨學科領域，」Laschi教授補充，指出神經科學、材料科學、人工智能及生物學在塑造未來機器人系統中的角色日益重要。今後，研究人員計劃利用受人類大腦從經驗建構內部表徵啟發的機器學習模型，改善預測系統。研究結果刊登於Nature Communications。