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斯坦福大学让我们走上了有朝一日让机器人拥有人体皮肤感知能力的道路

机器人大讲堂 2018-11-28 17:35 次阅读

机器人没有触觉会怎样?

一直以来,机器人没有足够优质的触觉,是让很多机器人学家头疼的问题。

拿起一样东西需要用多大力,以怎样的姿势拿比较合适,这些对于人类来说再简单不过的问题,对机器人来说显然并不那么轻松。

所以,在之前的工厂里,工程师们需要精准计算机器人要拿起来的物品的坐标和大小,以让机器人快速高效的完成抓取的工作。

拥有结构化环境和固定‘工位’的机器人

即便如此,再复杂的数学计算,也不能完全填补机器人没有优秀触觉的弊端。就像文章开头的那张图片,当碰到柔软的树莓时,它永远不知道自己到达什么位置,才算完美的接触到这颗果实。

所以,能否解决机器人在抓取东西这方面远不如人类能干的问题,成为很多科学家致力于解决的科研问题。

在解决这一问题上,也出现了两个比较主流的派系,一种是另辟蹊径的想法:既然机器人在触觉上还不能完美复刻人类,那么我们可以把它做得足够柔软。

因而,在各大科技类网站上,都出现过与下面图片类似的柔软抓手,它们如同章鱼的触手一般,可以把物品包裹住,再完成之后的抓取任务。

或者模仿拥有人类智慧的折纸艺术,这些折纸类的软体机器人可柔和硬,也能完好无损的将树莓抓取上来。

另一种就是死磕到底:致力于提高机器人触觉感知能力,研发中各种不同种类的电子皮肤。

近日,斯坦福大学在Science Robotics上就发表了一篇关于其电子皮肤的文章,这款电子皮肤,可以说是让我们走上了有朝一日让机器人拥有人体皮肤感知能力的道路。

其实,在人类的手指和手掌上拥有很多触摸传感器,这些传感器可以检测压力,热量和其他刺激。这些传感器和名叫“棘毛” (Spinosum) 的子层密切配合,这一层里,有微观的千山万壑,这些崎岖的地形,对人类触觉的形成至关重要。

当人的手指接触物体的时候,外层皮肤会向棘毛这一层移动。如果是轻度接触,外层皮肤会接触到那些棘毛的“小山”,山上的传感器就会感受到。如果是重度接触,外层皮肤被迫走向更深一层,凹陷的沟壑里传感器会接收到信号,这样便会引发更强烈的触感。

除此之外,棘毛还可以测量压力的方向,就是切向和法向分别有多少力施加在皮肤上,如果一根手指向北推某个东西,“小山”的南坡就会感受到强烈的信号,这是一种叫做剪应力 (Shear Force) 的力量,可以帮助人类握起一个鸡蛋:让鸡蛋不会被握碎,也不会掉在地上摔碎。

斯坦福大学的电子皮肤,就是模仿人类手指触觉器官而来的。在他们研究的装有电子皮肤的手套上,每个手指的传感器都是三层的。

其中上层和底层带电,中层是不带电的橡胶层,可以让上层和底层的电极保持分离的状态。

研究人员在 (上层与底层) 两个相对的面上,铺设了电线网格 (Grid of Electrical Lines) ,就像电场线那样。然后让这些“电场线”互相垂直,形成一个密集的感应像素阵列。其中底层,就像人类皮肤的棘毛层那样沟壑纵横。

中间的橡胶层很重要,因为两层电极距离很近,又不互相接触,这样的结构可以储存电能。当手指向下按的时候,上层电极和下层就会更靠近,存储的电能就会增加。

一方面我们可以根据储存电量的大小来判断压力的大小,另一方面底层“山丘”状的结构加上电网格上密布的点,我们也可以知道每一点上对应的压力大小和方向。这样类似人类手指的触感就形成了。

试验中,斯坦福大学的研究人员让带着装有电子皮肤的手套的机械臂在轻轻触碰到树莓时便能感知到,并且能够迅速退回不至于伤害到柔软的果实。

也可以轻轻抓起一个圆形的乒乓球任意移动。

那讲完这个神奇的电子皮肤,回到我们最初的问题。既然在解决机器人触觉方面出现了两个主要的研究方向:电子皮肤和软体机器人。那么在模仿人手的道路上,小编认为肯定是要殊途同归的。

比如像康奈尔大学这只发表在《Science》杂志上的触觉机械手“Gentle Bot”,它不仅拥有柔性的外表,还能够感知所接触物体的形状和质地。

只是,和依靠电信号的电子皮肤不一样,康奈尔大学这只触觉机械手,采用的却是导光材料。类似于“大白”的充气状手指,内部有可弯曲的波导和可携带光波的导管。当手指触摸物体时,其外部的轻微形变导致波导弯曲,进而扭曲或改变光信号,从而使机械手获取相应的触摸数据,以确定被触摸物体的坚硬程度和形状。

所以,在未来比起硬邦邦的机械手,你是不是也希望给你端茶的机器人,拥有和人类一样柔软的手掌呢?

原文标题:斯坦福大学电子皮肤,希望赐予机器人如人类般敏感而优质的触觉|Science Robotics发布

文章出处:【微信号:RoboSpeak,微信公众号:机器人大讲堂】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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NCP153 LDO稳压器 130 mA 双输出 低Iq 高PSRR 带折返式

NCP156 LDO稳压器 500 mA / 250 mA 双输出 超低压降 低Iq 超低噪声

是双输出线性稳压器,专为相机模块应用而优化。该器件提供独特的高电流低电压偏置轨拓扑组合,用于提供数字模块和非常精确的第二输出,用于为模拟传感器模块供电。这种组合可以实现最佳性能和功效。 特性 优势 N-MOS和P-MOS双LDO 针对相机传感器应用进行了优化。用于数字轨和超低噪声的高电流N-MOS输出和用于模拟轨的高PSRR P-MOS 低静态电流典型值。 100 uA 提高适合电池供电设备的效率 输出电压摆率控制 两次摆动速率选项允许为传感器应用选择正确的速度 极低压差140 mV,500 mA 最大限度地降低功耗并提高效率 超低噪音典型。 6.5 OUTV上的uVRMS 非常适合功率敏感设备 提供CSP6 1.2 mm x 0.8 mm 非常适合空间约束应用 应用 终端产品 相机传感器电源 图像传感应用程序 智能手机和平板电脑 相机和Camcoders IP摄像机 集成电源 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 06:02 8次 阅读
NCP156 LDO稳压器 500 mA / 250 mA 双输出 超低压降 低Iq 超低噪声

NCP3231A 高电流同步降压转换器

1A是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高可达25 A. 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 500KHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低端FET电流检测 良好的散热性能 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出o电压和欠压保护 使用热敏电阻或传感器通过OTS引脚进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电源良好指示灯 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 04:02 16次 阅读
NCP3231A 高电流同步降压转换器

NCP3231B 高电流 1MHz 同步降压转换器

1B是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高可达25 A. 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 1MHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低端FET电流检测 良好的散热性能 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出ove r电压和欠压保护 使用热敏电阻或传感器通过OTS引脚进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电源良好指示灯 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 04:02 12次 阅读
NCP3231B 高电流 1MHz 同步降压转换器

NCP3231 高电流同步降压转换器

1是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高25 A DC负载或30 A瞬时负载。 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 500KHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低 - 侧FET电流检测 提高效率 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出过压保护和欠压保护 使用热敏电阻或传感器进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电力良好输出 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 14次 阅读
NCP3231 高电流同步降压转换器

NCP3232N 高电流同步降压转换器

2N是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,可在4.5V至21V输入电压下工作,在高达15A的负载下可产生低至0.6V的输出电压。 特性 优势 4.5 V至21 V的宽输入电压范围 支持广泛的应用 0.6V内部参考电压 支持小电感和少量输出电容 500kHz开关频率 良好的散热性能 外部可编程软启动 无损耗低侧FET电流检测 输出过压和欠压保护 使用热敏电阻或传感器通过OTS引脚进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调输出电压 电源良好指标 内部过热保护 应用 终端产品 用于电信和网络应用的15A负载电源模块 蜂窝基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 计算系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 8次 阅读
NCP3232N 高电流同步降压转换器

NCP186 LDO稳压器 1 A 超低压差 高PSRR 带使能

是一款超低压降稳压器,可提供高达1 A的负载电流,并在-40至85℃范围内保持1.0%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.8 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电的产品以及后调节应用。该产品提供多种固定输出电压选项,其他产品可根据要求提供,范围为1.2 V至3.9 V.NCP186具有完全的过热保护和输出短路保护。小型8引脚XDFN6 1.2 mm x 1.6 mm封装使该器件成为可能特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.8 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 多种固定输出电压选项及其他可根据要求提供1.2 V至3.9 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 90μA 延长电池寿命 极低压差:100 mV典型值。在Iout = 1 A(3.0V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 在-40至85℃温度范围内的±1.0%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通讯设...
发表于 07-29 22:02 20次 阅读
NCP186 LDO稳压器 1 A 超低压差 高PSRR 带使能

NCP176 LDO稳压器 500 mA 超低压降 高PSRR 带使能

是一款超低压差稳压器,可提供高达0.5 A的负载电流,并在25°C时保持0.8%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.4 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电产品以及后调节应用。该产品提供3.3 V固定输出电压选项,其他电压选项可根据要求提供,范围为0.7 V至3.6 V.NCP176具有完全的过热保护和输出短路保护。小型6引脚XDFN6 1.2 mm x 1.2 mm封装使该设备特别适用于空间受限的应用程序。 特性 优势 1.4 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后调节应用 几种固定输出电压可根据要求提供的选项和其他选项范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压降:130 mV典型值。在Iout = 0.5 A(2.5V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通信设备 相机,...
发表于 07-29 22:02 18次 阅读
NCP176 LDO稳压器 500 mA 超低压降 高PSRR 带使能

NCP171 LDO稳压器 超低50nA Iq 双电源模式 80mA

是双模式LDO,在ActiveMode中提供高达80 mA的电流,在低功耗模式下低至50 nA的Iq。双模式功能可通过ECO引脚选择,允许动态和低功耗模式之间的动态切换,非常适用于长寿命电池供电的无线应用。低功耗模式下的输出电压可降低50 mV,100 mV,150的内部工厂编程值相对于活动模式下的标称输出电压,mVor为200 mV。此功能进一步降低了睡眠模式下的应用消耗.NCP171采用SLIQ(超低Iq)LDO系列,具有50nA的超低静态电流,可用于小XDFN4 1.2 x 1.2包。 特性 优势 超低水平50nA 非常适合电池供电的应用 双模式功能针对主动模式和待机模式操作进行了优化 系统灵活地在两种不同的操作模式之间切换,优化性能和延长电池寿命 工作模式,高达80mA,具有出色的PSRR和噪声性能 非常适用于射频电源和高精度传感器 低功耗模式(SLIQ),50nA Iq 当系统处于扩展待机(低功耗)模式时延长电池寿命 模式选择,ECO Pin 灵活选择主动和低功率模式 XDFN 1.2x1.2包 空间受限应用程序的小尺寸 应用 终端产品 无线电池供电的物联网传感器 电池供电的医疗...
发表于 07-29 22:02 33次 阅读
NCP171 LDO稳压器 超低50nA Iq 双电源模式 80mA

AR1337 CMOS成像传感器 13 MP 采用SuperPD™PDAF技术

是一款采用SuperPD™PDAF技术的13万像素CMOS成像传感器。这款先进的传感器具有独特的PDAF微透镜和PDAF图案技术,在低光照条件下具有出色的自动对焦性能。采用1.1μm像素构建,提供符合行业标准的1 / 3.2“光学格式,使AR1337具有适合大批量设计的尺寸。图像质量由领先的量子效率和灵敏度驱动,同时保持低读取噪声。这种组合可在明亮的日光或低室内照明条件下提供出色的图像。 AR1337以每秒30帧的速度运行在13 MP,并支持每秒30帧的4k2k视频和高达每秒60帧的全高清1080P视频。 特性 优势 SuperPD™PDAF技术 领先的低光自动对焦性能 独特的PDAF图案和微透镜技术 高精度相位检测自动聚焦(PDAF)功能 片上坏像素校正和AF计算 简化的相机模块积分校准和与后端应用处理器的集成 具有低读取噪声的高量子效率和灵敏度 卓越的图像质量,尤其是在光线不足 应用 终端产品 智能手机相机 平板电脑相机 智能手机 平板电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 17:02 29次 阅读
AR1337 CMOS成像传感器 13 MP 采用SuperPD™PDAF技术

AR1011 CMOS图像传感器 10 MP 1

HS是一款1080万像素,1英寸光学格式图像传感器,结合了高分辨率成像和3.4微米DR-Pix(动态响应像素),可动态调整以提供卓越的低光性能。在全分辨率下,AR1011HS提供60帧/秒(fps)视频;同时跳至120 fps的1080p高清模式。该传感器非常适合需要高分辨率的高端监控摄像系统,如电子平移,倾斜,变焦(ePTZ)等具有惊人的低光能力的功能。 4K超高清(3840 x 2190)分辨率为每秒60帧的模式,使传感器也成为专业消费类广播相机的理想选择。 应用 相机 安全 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 17:02 28次 阅读
AR1011 CMOS图像传感器 10 MP 1

AR0239 CMOS图像传感器 2.3 MP 1 / 2.7

美半导体的AR0239是一款1 / 2.7英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为1936(H)×1188(V)。它可以在线性或高动态范围模式下捕获图像,并具有滚动快门读数。它包括复杂的相机功能,如像素内装箱,窗口以及视频和单帧模式。它专为低光和高动态范围的场景性能而设计。它可通过简单的双线串行接口进行编程。 AR0239可以产生非常清晰,锐利的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择,包括监控和高清视频。 特性 以90 fps的速度拍摄2.3Mp以获得出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.7英寸 1080p模式适用于16:9视频 卓越的低光性能 3.0um大背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2 / T3读数以启用HDR处理ISP芯片处于1080P和30fps 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头着色校正 用于精确帧率控制的从模式 数据接口: - HiSPi(SLVS) - 4个车道 - MIPI CSI-2 - 4车道 - 平行 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 多相机同步支持 高速可配置上下文切换 具有灵...
发表于 07-29 16:02 97次 阅读
AR0239 CMOS图像传感器 2.3 MP 1 / 2.7

AR0543 CMOS图像传感器 5 MP 1/4

美半导体专注于卓越的像素性能,为该传感器的卓越图像质量奠定了基础,具有卓越的色彩精度,低光灵敏度和低噪声水平.AR0542是一款1/4英寸CMOS有源像素数字图像传感器集成了复杂的片上相机功能,如窗口,镜像,列和行跳过模式以及快照模式。它可通过简单的双线串行接口进行编程,功耗非常低。 应用 移动 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 16:02 31次 阅读
AR0543 CMOS图像传感器 5 MP 1/4

AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5

是一款1 / 2.5英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为2592(H)x 1944(V)。它通过滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如分档,窗口以及视频和单帧模式。它专为低亮度和高动态范围性能而设计,具有线路交错T1 / T2读出功能,可在ISP芯片中支持片外HDR。 AR0521可以产生非常清晰,锐利的数字图像,并且能够捕获连续视频和单帧,使其成为安全应用的最佳选择。 特性 5 Mp为60 fps,具有出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.5英寸) 1440p 16:9模式视频 卓越的低光性能 2.2 m背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头阴影校正 精确帧率控制的从属模式 数据接口:♦HiSPi(SLVS) - 4个车道♦MIPI CSI-2 - 4车道 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 应用 终端产品 视频监控 高动态范围成像 安全摄像头 行动相机 车载DVR 电路图、引脚图和封装...
发表于 07-29 16:02 67次 阅读
AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5

AR0835 CMOS图像传感器 8 MP 1/3

图像传感器是一款1 / 3.2“光学格式1.4微米像素传感器,能够以每秒42帧的速度捕获其完整的8 MP传感器分辨率,以60fps的速度捕获1080P视频.A-PixHS(tm )技术将安森美半导体的第二代背照式(BSI)像素技术和先进的高速传感器架构结合在一起,实现了许多创新功能。它旨在实现低z高度相机模块,以满足OEM和移动设备制造商的需求。 特性 高动态范围 应用 移动 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 16:02 32次 阅读
AR0835 CMOS图像传感器 8 MP 1/3

AR0522 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5 近红外增强

是一款1 / 2.5英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为2592(H)x 1944(V)。它通过滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如分档,窗口以及视频和单帧模式。它专为低亮度和高动态范围性能而设计,具有线路交错T1 / T2读出功能,可在ISP芯片中支持片外HDR。 AR0522可生成非常清晰,锐利的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择。 特性 5 Mp,60 fps,优异的视频性能 小光学格式(1 / 2.5英寸) 彩色滤光片阵列:RGB和单色 1440p模式适用于16:9视频 卓越的低光性能 2.2 m背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头着色校正 用于精确帧率控制的从模式 数据接口:♦HiSPi(SLVS) - 4条车道♦MIPI CSI-2 - 4车道 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 近红外线增强 应用 终端产品 视频监控 高动态范围成像 机器视觉...
发表于 07-29 16:02 36次 阅读
AR0522 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5  近红外增强