比摸骨还神奇!全新仿生手指一摸就能画出人/物体内构造

人类手指非常奇妙,拥有最敏感的触觉感知。通过手指触碰皮肤,我们不但能感受皮肤质感,甚至连底层骨头形状也能大致摸透。中国武夷学院科学家开发出模拟人类手指触觉反馈系统的仿生手指,只需点按或刺戳物体(不论人体还是电子设备)表面,就能搭配计算机描绘出底层细节。

武夷学院科学家团队之前开发过人工触觉传感器,但只能识别并区别物体表面特征,如外部形状、表面质理及软硬度,但表面下细节无从判断。以往需依赖CT计算机断层扫描、PET正子断层扫描、超音波断层扫描(Ultrasonic Tomography)或MRI磁振造影之类光学技术才能办到。

科学家团队开发出集成触觉反馈系统的仿生手指,展现只需触碰便能将底层细节描绘一清二楚的神奇技术,也为人体与柔性电子设备的非破坏性检测(Nondestructive Testing,NDT)提供基于非光学技术的新途径。

我们用手指触碰某物,神经触觉反馈系统很复杂,首先皮肤会感受到压缩或拉伸的机械变形(Mechanical Deformation),触发皮肤机械感受器(Mechanoreceptors)发出电脉冲。电脉冲会通过中枢神经系统传递到大脑自体感觉皮质区(Somatosensory Cortex)。经过集成,大脑就能识别我们接触物体的特征,包括形状、表面质理及软硬度。

仿生手指完全模拟这种触觉反馈系统,科学家在仿生手指顶部安装金属圆柱体充当人类手指指尖,同时以碳纤维束为触觉机械感受器,并与信号处理模块相连接。仿生手指通过周期性施加压力“扫描”目标物体表面,同时会压缩碳纤维,材料压缩程度代表物体相对软硬度,资讯会连同记录到物体表面触碰位置的资料一并发送到计算机,计算机再将资料转换成3D立体图像。

团队测试多次,某次测试为一硬材质字母A模型上覆盖一层软硅胶,结果仿生手指一边触碰一边侦测到字母A,并绘出3D立体图像。另一项测试是让手指触碰有瑕疵的电子设备,又成功描绘内部零部件3D图。神奇的是,但凡电路断开位置,以及电路板不良通孔等瑕疵都能清楚一一绘出。

(首图来源:Cell Reorts Physical Science)