编者按：触觉是一种很奇怪的感觉，不同于听觉和视觉，它难以被量化。我们可以用分贝和流明描述声音和光线的强弱，但触摸更像是一种描述：粗糙的、湿滑的、冷的……它更贴近主观意识。近日，美国《连线》（wired）杂志介绍了SynTouch公司的新发明，这家出身美国南加州大学的企业用19个超敏感电极让机器人第一次感受到了什么叫触摸。



据机器人之家（公众号：jqr-com）了解，美国公司SynTouch最近研发了一款机器人指尖，通过与物品进行接触摩擦，它能精确“感知”15种触觉，比如粗糙、凉爽。毫无疑问，这项技术对于未来的人机协作至关重要。

随着机器人技术的成熟和产品的普及，人机协作将不仅限于工业领域，许多人开始憧憬在日常生活中拥有一个机器人助手，但是现有机器人还是“毛手毛脚”的“人工智障”。以最简单的手握矿泉水瓶为例，人类的触觉能使手在打开瓶盖时更平稳，而机器人由于没有这种感知，当它手握塑料瓶时往往会发生“井喷”的一幕：



没有触觉感知的机器人手臂

为了让机器人不再打碎餐盆、桌椅甚至人类的头盖骨，SynTouch决心做一些改变——发明一个有“触觉”的指尖。据悉，这个指尖的“外皮”是经拉伸的硅质材料，研究人员仿照人手神经在指尖穹顶嵌入了19个超敏感电极，并在空隙处注入盐水。当机器人手指按压某物时，电极能测量盐水的阻力变化，“告知”机器人它施加了多少压力，并量化它给到材料上的力。

获得压力数据后，机器人就能控制用力大小，下手也开始知道轻重：



有触觉感知的机器人手臂

水压变化赋予了机器人按压感，而让它能“感受”物体的材质的，是盐水的振动。据SynTouch首席执行官兼联合创始人杰拉德·勒布（Gerald Loeb）介绍，当指尖滑过西装外套，机器人获得的高频震荡实际上就是它“感受”到的纹理。触摸不同材质的表面时，盐水的振动频率是不同的，通过对比机器人在触摸羊毛外套和棉质衬衣时捕获的不同图像，研发人员能轻易建立材质识别模型。

除了导电性、水压、液体振动，既然选择了盐水，SynTouch自然不会放过它的导热性，这个特性赋予了机器人感知温度的能力。温度感知是一种十分微妙的感觉，它和直接测量获得的结果有很大出入，以处于同一室温下的地砖和地毯为例，我们都会觉得地砖更冷，这是因为它的热阻小，传热速度更快，指尖温度流失也更快。SynTouch的指尖不仅能通过精确测量传热速率来计算物体温度，还能把数据换算成体感温度。

压力感知、纹理感知、温度感知，粗看下来，SynTouch实现的只是这三种基础能力，但研究人员把它们进一步细分成了15种不同触觉：
触觉     详解
宏观纹理（mTX）     大特征（>1mm间距）的强度，分辨光滑和粗糙；
宏观纹理粗糙程度（mCO）     大特征（> 1mm间距）感知间距，分辨粗细；
宏观规律（mRG）     感知物体纹理的均匀性；
微观纹理粗糙程度（uRO）     小特征（< 1mm间距）的强度，分辨光滑和粗糙；
微观结构粗糙程度（uCO）     小特征（< 1mm间距）感知间距，分辨粗细；
触觉信号（fST）     在物体表面开始滑动用的力，从低抓地力到高抓地力；
滑动阻力（fRS）     在物体表面继续滑动用的力，体验阻力；
触觉符合度（cCM）     物体表面在压力下发生形变的程度；
局部变形（cDF）     物体形变时包裹指尖的程度，从保持平坦至高度包裹；
阻尼（cDP）     物体表面形变后恢复原始形状的速度；
松弛（cRX）     物体表面在变形后停止推回的程度，从维持力到松弛；
屈服（cYD）     物体表面在压制后保持变形的程度，从恢复形状到保持变形；
热冷却（tCO）     物体表面从指尖吸取热量的初始速率，从暖到冷；
热持久性（tPR）     物体表面持续从指尖吸取热量的程度，从瞬态冷却到持续冷却；
胶粘剂（aTK）     与表面断裂接触所需的努力，从无粘附到粘性。

SynTouch用机器人指尖测试了数千种材料，并依据获得的数据建立了一套质量控制系统。要知道，这个世界上有一些工作是和人类精准的触觉紧密相关的，如皮质材料挑选。在过去，由于触觉感知过于主观，这些工作都无法制定客观标准，而现在，这个机器人能比人类专家更敏感，能在触碰的一瞬间绘出被量化的感知图。

以下是SynTouch利用机器人指尖达成的一些应用案例：

汽车优质面料开发

汽车面料供应商经常会遇到这样一个难题：工厂想开发一种手感不错的新面料，但他们都缺少一套量化的质感指标，供应商和OEM缺少客观的沟通凭依。许多一二线的供应商都在试图开发和真皮触感一致的人造皮革，但产品在符合OEM客户以及消费者的需求上的不确定性成了产品研发的最大掣肘。

在这样的情况下，一家汽车OEM和SynTouch达成了合作，SynTouch将帮助该制造商检测供应商的人造皮革。

机器人指尖测试了两种材料——从OEM处获得的天然皮革，和从供应商处获得的标准面料。测试结果表明，虽然两种材料触感相近，但人造皮革样品略微粗糙，且质地过细。这个供应商在获得结果后返厂又生产了几个批次，在机器人的帮助下，双方都获得了最理想的产品。



图中彩色方框依次是OEM皮革、C厂样品1、C厂样品2、B厂样品1、B厂样品2

服装面料批次差异

全球的服装企业都会面临生产批次不同，产品质感、色彩出现差异的问题，这些差异时小时大，但一旦过大，服装就成了次品，这对企业，尤其是大型知名品牌来说是个不小的麻烦。服装行业是典型的市场驱动行业，由于企业需要按批次购进面料、染料，机器状态前后也有所不同，因此不同批次的服装间间存在差异是无法避免的。为了弱化生产批次对成品的影响，大型企业会专门聘请专家进行检查，而这直接导致的是成本的大幅上升。

在得知了SynTouch的新发明后，一些服装制造商陆续前来寻求合作。SynTouch根据目标集的规格和材料可接受触感计算出公差，对供应商的面料进行评估。



图中彩色方框依次是样品1、样品2、样品3、样品4（次品标准）

通过对比曲线可以发现，这4个样品的差异主要表现在微观结构粗糙程度（uCO）和微观纹理粗糙程度（uRO）上，这主要影响穿着者的舒适体验。但两个指标不是最重要的，规格差异也可以忽略不计，人们在挑选服装时最直观的感受是局部变形（cDF）和松弛（cRX），这些细微变化决定了成品质量。

纺织用线差异比较

服装面料源于纺织，同样的服装行业的批次问题反映到纺织业就是新线旧线、新工艺旧工艺的问题。相信许多人有对选购牛仔裤有过困扰，同样用牛仔面料做成的裤子，为什么一些商店只要几十，一些商店却要大几百。其中虽然有设计成本、品牌溢价成分，但是贵的牛仔裤确实更透气、更有弹性。这里涉及的就是织品间存在的差异。

不久前，SynTouch与一家纺织企业建立了合作关系。这家企业专门制造牛仔面料，为了满足某奢侈品牌提高产量的需求，他们特意建立了一条新生产线。但新生产线制造的产品很快就遭到了退货，对方给出的理由是质感太廉价。他们百思不得其解，于是取了几个样品送往SynTouch检测。



图中彩色方框依次是旧样A、旧样B、旧样C、旧样D、新样A、新样B、新样C、新样D

对比曲线可以看出，两条生产线生产的C、D款牛仔面料存在较大差异，这和新的生产工艺直接挂钩。找到问题症结所在后，纺织企业改造了导致低品质的生产步骤，如果不是机器人，他们根本无法从整条生产线中找出这些细微差异。

最后

当然，以上只是工业上的应用，放到个人生活中，这个机器人指尖同样能给个人消费者带来量化的客观标准。如你想在网上购买一件衣服，它有不同规格、不同颜色，更重要的是，机器人指尖给出了它的柔软度：十分之六的柔软性。这样你就无需根据差评判断它适不适合自己。

指尖的温柔不限于触觉，它也许还能给你带来心灵震颤。还记得坐在摇椅上织毛线的那个妇人吗？想象一下，未来，当你面对一大排毛衣陷入沉思，机器人能告诉你，这条毛衣的触感，有奶奶（妈妈）手织的感觉。也许到那时，你就能体会到，人类双手感受到的不止是触觉，还有交织在记忆中的情感。