意大利科研人員采用3D打印制造皮膚，未來可賦予機器人觸覺感知

南極熊導讀，隨著科技的發(fā)展，仿生機器人技術也在不斷進步。一說到機器人，熊友們是否想到了可愛的人形電腦天使心或者是冷酷無情的終結者，他們都是機器人，但與現在的機器人對比除了更加智能，還有生物特有的觸覺感知能力。如果真有一天人類可以賦予機器人，擁有類似人類的觸覺感知能力，你們想讓他們干什么呢？

2022年7月10日，南極熊獲悉，意大利一組科研人員，正在利用3D打印技術開發(fā)一種人造皮膚，皆在用于提高機器人的觸覺感知能力。

△3D打印的人造皮膚

來自圣安娜高等研究學院、威尼斯Ca' Foscari大學和羅馬Sapienza大學的研究人員創(chuàng)造了這種3D打印的皮膚，成功地模仿了魯菲尼小體的功能。

魯菲尼小體（Ruffini）是一種位于人體皮下皮膚組織的細胞，可以監(jiān)測壓力、拉伸、振動、溫度、尤其是剪切力（概括的說，它存在于周圍關節(jié)的韌帶、硬腦膜、關節(jié)囊和與正常拉伸有關的組織的外纖維層，以及皮膚和淺筋膜中）。

該研究的意義，一旦附著在機器人表面，并結合基于多層卷積神經網絡 (CNN) 的深度學習算法，皮膚就可以估計機器人與物體接觸的力和點，有可能在未來實現更安全的人類與機器人合作。

△該論文的更多研究內容可以在《使用光纖布拉格光柵和深度神經網絡，對魯菲尼小體進行功能模擬，可實現仿生大面積觸覺敏感皮膚》中找到（點我傳送門）

3D打印人造皮膚
生物打印皮膚和移植物，近年來受到越來越多的關注和發(fā)展，因為它們可用于疾病建模、測試新療法的功效，以及可作為動物試驗的替代方案。

△用于治療感染燒傷，和皮膚移植傷口愈合的冷等離子體技術

同時，生物打印皮膚，還作為一種可更有效促進傷口愈合的方法而備受關注。例如NOVOPLASM聯(lián)盟，用于治療感染燒傷和皮膚移植的冷等離子體技術，以及Birmingham大學和Huddersfield大學的SLAM 3D生物打印技術，都可用于治療慢性皮膚傷口。

另外，3D打印皮膚甚至正在遙遠的太空中進行測試，國際空間站(ISS)上的宇航員，正在開發(fā)由他們自己的細胞制成的生物打印繃帶，皆在用于更好地治療在太空環(huán)境下的外傷。

△植入皮膚的感應野和機械傳感器相互作用（感受野是卷積神經網絡里面最重要的概念之一）

改進機器人觸覺傳感
然而，意大利研究小組的生物打印人造皮膚，而是出于另一種目的，皆在實現機器人的觸覺感知能力。特別是，該研究的結果，可能會提高移動機器人，在一系列現實世界環(huán)境中與人類互動的性能，例如公共場所、家庭環(huán)境、醫(yī)療保健設施和辦公室等。

通過對現有，和未來的機器人賦予人類的生物感官功能，研究人員希望，提高移動機器人在一系列交互式和手動任務中的性能，并降低在工業(yè)環(huán)境中，與人類一同工作時存在對安全風險。

為了實現這一目標，該團隊專注于復制魯菲尼小體的功能，這是一種小型且適應緩慢的細胞，可檢測皮膚與外部物體之間的相互作用。

研究人員采用3D打印技術，制造了一塊8毫米厚，具有柔軟、可彎曲和拉伸特性的聚合物層，并且將430毫米長的光纖集成在一起。目前，該仿生“皮膚”類似于人類前臂的一塊，而光纖中的光纖布拉格光柵(FBG)傳感器，能夠模擬魯菲尼小體的功能。

然后將皮膚安裝到機器人上，使AI能夠檢測周圍環(huán)境中的變化。

△相鄰FBG之間交叉對話

為了解碼FBG傳感器的輸出數據，該團隊開發(fā)了一種基于CNN的深度學習算法，和多網格神經元集成技術，該技術可以告知機器人外部刺激的力和接觸點。然后，他們通過對3D生物打印皮膚和算法進行了一系列測試。該團隊宣稱，在這些模擬中，目前在機器人施加力的測試方面非常滿意，未來很有可能成功。

在論文中，研究人員表示，他們的發(fā)現很有可能為仿生人的皮膚鋪平道路，從而在未來實現更安全的人機合作。展望未來，該團隊表示，他們的生物打印皮膚，可以在各種類人，機器人上實現，因為模塊化皮膚貼片可以拼湊在一起，以適應不同的機器人架構和形狀。