《阿凡达》中的“电子皮肤”走进现实？南科大教授郭传飞：或助患者重获知觉

嘉宾简介：

郭传飞，南方科技大学材料科学与工程系长聘教授，主要研究领域为高性能电子皮肤、人体柔性电子技术等，在国际学术期刊上发表论文150余篇，申请专利40多件。

划重点：

1.人工触觉的终极形态是让机器人具有像人类一样的皮肤，媲美人类触觉、超过人类触觉。

2.人工触觉系统在医疗领域会得到一些应用，帮助佩戴人工假肢的患者获得知觉。同时，也会被用于消费电子产品，如可穿戴设备、元宇宙虚拟现实等领域。

3.如果能小规模生产，单个传感器的成本可控制在1元以内。整个传感系统的成本主要来自于后端的电路部分，预计能控制在几十元的范围内。

4.人工智能对人工触觉起非常关键的作用，没有人工智能，不可能实现真正的“感知”。从传感到感知的桥梁就是人工智能。

出品｜搜狐科技

作者｜郑松毅

人类的世界由五感构建，而在这五感中，触觉是最亲近自然的感知能力，它以最直接的方式让我们与世界产生联系，从微妙的温度变化，到粗糙的砂纸触感，再到温柔的爱抚，这些都是触觉给予我们的奇妙体验。

但你可曾试想过，机器的触觉能力是否有一天会追赶上人类，甚至超越人类？近年来，高灵敏度的人工感知系统一直是科学家们追求的目标，除了识别物体表面纹理上的微小特征，能否如同阿凡达一般，通过皮肤接触直接识别到对方的想法和情绪状态也很令人期待。

近日，南方科技大学材料科学与工程系教授郭传飞与合作者开发了一个类似人类手指的高分辨人工传感系统，能分辨细腻质地，如斜纹布、灯芯绒和羊毛。研究结果或能提高机器人和人类义肢的细触觉能力，有望应用于虚拟现实。相关研究已发表于《自然—通讯》。

谈及此次研究成果的突破点，郭传飞向搜狐科技表示，“目前人工触觉技术的发展速度非常快，用传感技术来实现感知与交互之前就有。此次的突破在于实现了非常细腻及高精度的感知，且系统中仅用了一个传感器，这在以前是非常困难的。”

他介绍，想让机器拥有更好的“触觉”，难点在于传感器，如何让传感器同时测得灵敏且测得快，是一直在做的研究。对此，研究团队用到的主要方法是从材料和结构入手，开发了新的器件，从而实现快速且灵敏的传感。

郭传飞强调，“能取得这次突破性的研究成果，人工智能的快速发展起到了非常关键的作用。没有人工智能，不可能实现真正的‘感知’。从传感到感知的桥梁就是人工智能。”

相信很多人想问，机器“触觉”能力持续提升后，可以用来做些什么呢？

郭传飞说，首先在医疗领域会得到一些应用，或将帮助佩戴人工假肢的患者“恢复”知觉。同时，该感知系统也会被用于消费电子产品，如可穿戴设备，以及元宇宙等虚拟现实领域。

郭传飞向搜狐科技介绍，自己做电子皮肤的研究已有7年了，回国后拿到的第一个项目就是关于机器触觉的，就这样一直做到了现在。他表示，目前机器“触觉”系统能感知水的冷暖，也有痛感，但把这些功能完美地集成到一起还是困难的。

他介绍，机器通过接触，感知到别人的想法和情绪状态也是可以做到的，目前也正在进行相关的研究。例如可以通过在皮肤上贴附一层非常薄的电极，采集到人体的肌电信号、心电信号等，通过分析这些信号即可得知对方的运动意图或情绪状态。这项研究已在假肢控制方面得到了初步验证。目前的研究目标是通过材料的创新，提供质量更高的电生理信号，让控制更加精准。

以下为对话实录（经整理编辑）

搜狐科技：能请您先为大家科普下，实现机器“触觉”的技术原理吗？

郭传飞：触觉需要传感器来完成，通常需要对外界的刺激产生电信号的变化，例如电阻信号、电压信号、电容信号等。

搜狐科技：之前有机器通过传感器能感知到像水杯、障碍物这样的现实世界物体，这次机器“触觉”研究成果的突破点在于什么？

郭传飞：目前人工触觉技术的发展速度非常快，用传感技术来实现感知与交互其实早就有了。我们此次的突破在于实现非常细腻、高精度的感知，且系统中仅用一个传感器，这在以前是很困难的。

搜狐科技：实现“高分辨人工传感系统”的过程中，突破的最大技术难点是什么，是怎样解决的？

郭传飞：主要难点在于传感器，怎么让传感器同时测得灵敏，还测得快。我们的主要方法是从材料和结构入手，开发了新的器件，实现快速而灵敏的传感。

搜狐科技：人工智能的快速发展对您实现技术突破有帮助吗？

郭传飞：人工智能起了非常关键的作用，没有人工智能，不可能实现真正的“感知”。从传感到感知的桥梁就是人工智能。

搜狐科技：这种传感系统的制造成本高吗？

郭传飞：一般来说，基础研究阶段成本会比较高，如果能量产，这种传感系统成本可以大幅下降。这个系统中，传感器的材料成本是很低的，但其中的微结构的制造较为复杂，需要高精度的3D打印机来制造模板。但如果能小规模生产，单个传感器的成本可控制在1元以内。整个传感系统的成本主要来自于后端的电路部分，预计能控制在几十元的范围内。

搜狐科技：人类把手放在水里能知冷知热，被静电电到时能感到痛感，现在机器“触觉”能做到什么程度了？

郭传飞：这些功能基本已得到实现，但是把所有的功能都集成在一起，会遇到一些困难，或者说会牺牲传感系统的部分性能。

搜狐科技：您心中机器“触觉”的终极形态是什么样的？有可能会比人类触觉更发达吗？

郭传飞：终极形态是让机器人具有像人类一样的皮肤，媲美人类触觉、超过人类触觉。人类触觉非常神奇，要全面超越它，需要很多的路要走，也需要我们继续努力。

搜狐科技：沟通中您表示一直长期在做电子皮肤的研究，请问除了触觉外，您现在还在研究什么方向？下一研究阶段想实现什么方面的突破？

郭传飞：我做电子皮肤的研究已经有7年了，主要的研究方向就是电子皮肤。除了电子皮肤，我目前还有一个相对较小的方向，就是电子器件与人体的融合技术。生物体和人造系统在力学、电学、生物学性能上都有巨大差异，两者之间的集成非常困难，我们希望能够把电子器件和生物体有机地融合在一起。当然，这里面临的不仅仅是科学难题，还有伦理问题。

搜狐科技：您是怎么在开始想到做电子皮肤的研究的？

郭传飞：我在回国之前主要做柔性电极的研究，电子皮肤是柔性电极的一个延伸应用，加上回国后拿到的第一项目就是关于机器触觉的，所以就开展了这方面的研究。

搜狐科技：机器“触觉”和这类电子皮肤的应用场景会有哪些？对人类生活或是社会发展来说有什么价值意义？

郭传飞：应用场景非常多。除了机器人触觉，还包括可穿戴设备、元宇宙等等。我认为机器人触觉未来有颠覆人类生活方式的可能，也许未来每家每户都有一台人形机器人，就像今天的汽车一样，这种机器人需要靠人工触觉和人类交互。

搜狐科技：游戏《赛博朋克2077》中，标志性的赛博朋克设备“柔性电子皮肤”可以用来储存信息，电路被集成到薄薄的皮肤一样的膜里，可以直接贴在秘密接头人的身体上。当外界设备扫描时，空中就出现一段涉及机密的VR/AR影像。所以电子皮肤存储信息也会是一个研究方向吗？

郭传飞：看起来非常有趣！虽然我自己没有开展相关的研究，但未来应该会有科学家做这样的研究。这也让我惊叹于科幻作家的想象力。

搜狐科技：一些被重度烧伤和被截肢的患者会失去知觉，请问“电子皮肤”有望在医疗领域应用帮助这些患者重新获得感知世界的能力吗？

郭传飞：我认为有可能。我自己团队就开发了一种技术，利用人体组织传导离子的特性来实现传感，目的就是帮助触觉功能障碍的患者恢复触觉功能。返回搜狐，查看更多

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