意大利科研人员采用3D打印制造皮肤，未来可赋予机器人触觉感知

南极熊导读，随着科技的发展，仿生机器人技术也在不断进步。一说到机器人，熊友们是否想到了可爱的人形电脑天使心或者是冷酷无情的终结者，他们都是机器人，但与现在的机器人对比除了更加智能，还有生物特有的触觉感知能力。如果真有一天人类可以赋予机器人，拥有类似人类的触觉感知能力，你们想让他们干什么呢？

2022年7月10日，南极熊获悉，意大利一组科研人员，正在利用3D打印技术开发一种人造皮肤，皆在用于提高机器人的触觉感知能力。

△3D打印的人造皮肤

来自圣安娜高等研究学院、威尼斯Ca' Foscari大学和罗马Sapienza大学的研究人员创造了这种3D打印的皮肤，成功地模仿了鲁菲尼小体的功能。

鲁菲尼小体（Ruffini）是一种位于人体皮下皮肤组织的细胞，可以监测压力、拉伸、振动、温度、尤其是剪切力（概括的说，它存在于周围关节的韧带、硬脑膜、关节囊和与正常拉伸有关的组织的外纤维层，以及皮肤和浅筋膜中）。

该研究的意义，一旦附着在机器人表面，并结合基于多层卷积神经网络 (CNN) 的深度学习算法，皮肤就可以估计机器人与物体接触的力和点，有可能在未来实现更安全的人类与机器人合作。

△该论文的更多研究内容可以在《使用光纤布拉格光栅和深度神经网络，对鲁菲尼小体进行功能模拟，可实现仿生大面积触觉敏感皮肤》中找到（点我传送门）

3D打印人造皮肤
生物打印皮肤和移植物，近年来受到越来越多的关注和发展，因为它们可用于疾病建模、测试新疗法的功效，以及可作为动物试验的替代方案。

△用于治疗感染烧伤，和皮肤移植伤口愈合的冷等离子体技术

同时，生物打印皮肤，还作为一种可更有效促进伤口愈合的方法而备受关注。例如NOVOPLASM联盟，用于治疗感染烧伤和皮肤移植的冷等离子体技术，以及Birmingham大学和Huddersfield大学的SLAM 3D生物打印技术，都可用于治疗慢性皮肤伤口。

另外，3D打印皮肤甚至正在遥远的太空中进行测试，国际空间站(ISS)上的宇航员，正在开发由他们自己的细胞制成的生物打印绷带，皆在用于更好地治疗在太空环境下的外伤。

△植入皮肤的感应野和机械传感器相互作用（感受野是卷积神经网络里面最重要的概念之一）

改进机器人触觉传感
然而，意大利研究小组的生物打印人造皮肤，而是出于另一种目的，皆在实现机器人的触觉感知能力。特别是，该研究的结果，可能会提高移动机器人，在一系列现实世界环境中与人类互动的性能，例如公共场所、家庭环境、医疗保健设施和办公室等。

通过对现有，和未来的机器人赋予人类的生物感官功能，研究人员希望，提高移动机器人在一系列交互式和手动任务中的性能，并降低在工业环境中，与人类一同工作时存在对安全风险。

为了实现这一目标，该团队专注于复制鲁菲尼小体的功能，这是一种小型且适应缓慢的细胞，可检测皮肤与外部物体之间的相互作用。

研究人员采用3D打印技术，制造了一块8毫米厚，具有柔软、可弯曲和拉伸特性的聚合物层，并且将430毫米长的光纤集成在一起。目前，该仿生“皮肤”类似于人类前臂的一块，而光纤中的光纤布拉格光栅(FBG)传感器，能够模拟鲁菲尼小体的功能。

然后将皮肤安装到机器人上，使AI能够检测周围环境中的变化。

△相邻FBG之间交叉对话

为了解码FBG传感器的输出数据，该团队开发了一种基于CNN的深度学习算法，和多网格神经元集成技术，该技术可以告知机器人外部刺激的力和接触点。然后，他们通过对3D生物打印皮肤和算法进行了一系列测试。该团队宣称，在这些模拟中，目前在机器人施加力的测试方面非常满意，未来很有可能成功。

在论文中，研究人员表示，他们的发现很有可能为仿生人的皮肤铺平道路，从而在未来实现更安全的人机合作。展望未来，该团队表示，他们的生物打印皮肤，可以在各种类人，机器人上实现，因为模块化皮肤贴片可以拼凑在一起，以适应不同的机器人架构和形状。