毛衣包裹的机器人可以感知人类的触摸并做出反应

使针织毛衣舒适且易于穿着的品质与可能使机器人更好地与人类互动的品质相同。

RobotSweater由卡内基梅隆大学机器人研究所的研究团队开发，是一种机器针织的纺织“皮肤”，可以感知接触和压力。

“我们可以用它来使机器人在与人类互动时更聪明，”计算机科学学院机器人学助理教授刘长流说。

正如针织者可以将任何类型的纱线变成任何尺寸或形状的袜子、帽子或毛衣一样，针织的 RobotSweater 面料可以定制以适应不平坦的三维表面。

“针织机可以将纱线图案化成非平整的形状，可以是弯曲的或块状的，”SCS助理教授James McCann说，他近年来的研究重点是纺织品制造。“这让我们想到也许我们可以制造适合弯曲或块状机器人的传感器。

一旦编织完成，织物可用于帮助机器人在人类触摸时“感觉”，特别是在安全至关重要的工业环境中。目前用于检测工业中人机交互的解决方案看起来像盾牌，并使用非常坚硬的材料，刘指出，由于某些部件需要变形，因此无法覆盖机器人的整个身体。

“使用RobotSweater，可以覆盖机器人的整个身体，因此它可以检测到任何可能的碰撞，”刘说，他的研究重点是机器人的工业应用。

RobotSweater的针织面料由两层导电纱线组成，由金属纤维制成，用于导电。夹在两者之间的是网状的蕾丝图案层。当对织物施加压力时(例如，有人触摸它)，导电纱线闭合电路并由传感器读取。

“这种力量将行和列推到一起以关闭连接，”SCS助理教授兼RoboTouch实验室主任Wenzhen Yuan说。“如果有力通过导电条纹，这些层将通过孔相互接触。

除了如何设计针织层，包括数十个甚至数百个样品和测试外，该团队还面临着将布线和电子元件连接到软纺织品的另一个挑战。

“有很多繁琐的物理原型和调整，”麦肯说。“从事这项工作的学生设法从看似有希望的东西变成了真正有效的东西。

有效的方法是将电线缠绕在针织面料中每条条纹末端的卡扣上。McCann说，Snaps是一种具有成本效益和高效的解决方案，即使是用电子元件制造纺织品(称为电子纺织品)的业余爱好者也可以使用它们。

“你需要一种将这些东西连接在一起的方法，这种方法很坚固，这样它就可以处理拉伸，但不会破坏纱线，”他说，并补充说该团队还讨论了使用柔性电路板。

一旦安装到机器人的身体上，RobotSweater就可以感知触点的分布，形状和力。它也比现在大多数机器人所依赖的视觉传感器更准确、更有效。

“机器人将以人类推动它的方式移动，或者可以对人类的社交手势做出反应，”袁说。

在他们的研究中，研究小组证明，推动配备RobotSweater的伴侣机器人告诉它移动的方向或转动头部的方向。当用于机器人手臂时，RobotSweater允许人的手推动以引导手臂的运动，同时抓住手臂告诉它打开或关闭其抓手。

在未来的研究中，该团队希望探索如何对触摸屏上使用的滑动或捏合动作的反应进行编程。

该团队包括SCS博士生Zilin Si和Tianhong Catherine Yu，以及来自加州大学圣巴巴拉分校的访问本科生Katrene Morozov，将在2023年IEEE机器人与自动化国际会议(ICRA)上发表RobotSweater研究论文。该研究也发表在arXiv预印本服务器上。

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