智能泡沫和人工智能可以帮助机器人知道它们是否受伤

如果你摔得很重，摔断了胳膊，你的身体会以噼啪作响的速度让你知道有些不对劲。然而，机器人没有神经元，所以需要一种方法来知道它们的人造身体发生了什么。

康奈尔大学机械工程副教授罗伯特·谢泼德说，设想一下这样一个未来：机器人可以自主操作，但其附肢会受伤。“它会继续移动肢体，认为自己的手或脚会处于一个位置，但实际上它会处于不同的位置，”他说，“我们需要皮肤，或内部类似神经的传感器，将这些信息以三维方式连续地传递给机器人的控制器。”

谢泼德的实验室开发了一种泡沫、光和人工智能系统，使其能够感知发生了什么——泡沫是向上弯曲还是向下弯曲，还是扭曲，或者两者兼而有之。结果发表在今天的《科学机器人》杂志上。

它是这样工作的：关键传感器是泡沫中的一层30根光纤，它是由硅胶制成的。纤维从泡沫的一端伸出，并连接到其他设备。从这些光纤末端发出的光的强度让系统知道泡沫发生了什么。当泡沫静止时，光线看起来像某种方式。如果泡沫弯曲或扭曲，光线就会改变。

康奈尔大学机械工程博士候选人、描述泡沫的论文的第一作者伊尔斯·范·米尔贝克说：“所以你可以通过观察光强度整体模式的变化来检测形状的变化。”

人类显然有大脑来解释他们的身体发生了什么，但是这种泡沫没有头。为了这项工作，研究人员转向了人工智能。为了构建人工智能，研究人员首先收集了泡沫以已知方式弯曲或扭曲时纤维发出的光是如何变化的信息。这些数据让他们训练机器学习模型，他们可以用这些模型来解释泡沫发生了什么。

这并不是研究人员可以用来观察软机器人是如何伸展的唯一传感策略：柔性电子传感器利用电流的变化来注意它们是如何伸展的，而谢泼德实验室之前的工作已经使用可拉伸的光纤维来测量某物是否变形。

当然，像这样的传感器对于机器人了解它和它周围发生了什么至关重要。“你的机器人需要对世界有一种感觉，”新论文的高级作者谢泼德说。

目前，康奈尔大学的泡沫和人工智能实验装置涉及泡沫外部的设备，但范米尔贝克说，有可能将所有东西小型化，目标是拥有一个独立的、自我感知的泡沫装置。她认为这种传感器系统的一个可能应用是什么？“机器人学习如何自己走路，”她说，指的是软机器人。“它必须能够感知自己的形状。”