圖為一款仿人機(jī)器人和中國(guó)“智能腳”。仿人機(jī)器人是指具有人類(lèi)相似外形和行為特征的機(jī)器人。我國(guó)自主研制的集成化足部感知系統(tǒng)，讓仿人機(jī)器人能夠適應(yīng)更復(fù)雜的路面。

“機(jī)器人在‘智能腳’的幫助下，已經(jīng)能在斜面、凹陷的路面平穩(wěn)行走，一改普通機(jī)器人只能在平坦路面行走，且容易摔倒的問(wèn)題。”中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院吳仲城研究員欣喜地告訴記者。

日前，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院研制的仿人機(jī)器人集成化足部感知系統(tǒng)通過(guò)科技部組織的專(zhuān)家驗(yàn)收，該成果打破了相關(guān)技術(shù)長(zhǎng)期依賴(lài)于國(guó)外進(jìn)口的局面，殘障人士行動(dòng)自如將成為可能。

“仿人機(jī)器人外形酷似人類(lèi)，雙‘手’能抓取物體，雙‘腳’能移動(dòng)位置，甚至可以完成人類(lèi)喜怒哀樂(lè)的表情。仿人機(jī)器人在醫(yī)療、礦產(chǎn)、救援、海洋勘探、機(jī)器維修等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣泛。”中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院申飛告訴記者，“目前全世界的大型仿人形機(jī)器人項(xiàng)目有70多個(gè)，小型仿人形機(jī)器人項(xiàng)目有60多個(gè)，我國(guó)也有十幾家單位從事此項(xiàng)研究。”

在目前的仿人機(jī)器人研究中，如何增強(qiáng)其在未知環(huán)境中的適應(yīng)能力一直是研究重點(diǎn)，雖然仿人機(jī)器人的行走技術(shù)已經(jīng)得到較大突破，但距離適應(yīng)人類(lèi)生活環(huán)境還有很大差距。

“仿人機(jī)器人的每一次進(jìn)步都與足部感知系統(tǒng)的發(fā)展密切相關(guān)。一直以來(lái)，國(guó)內(nèi)研制的仿人機(jī)器人還只能在平坦地面上穩(wěn)定行走，由于缺乏有效的足部感知系統(tǒng)，造成仿人機(jī)器人對(duì)地面環(huán)境的感知能力不足，因而難以在非平坦地面穩(wěn)定行走。”申飛說(shuō)。

“人類(lèi)之所以能在各種環(huán)境下自然、平衡地行走，有賴(lài)于人類(lèi)足部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和生理功能，使其能準(zhǔn)確感知外界信息并實(shí)時(shí)反饋給中樞神經(jīng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。”吳仲城告訴記者，“仿人機(jī)器人集成化足部感知系統(tǒng)就是仿照這一過(guò)程，首先在機(jī)器人腳部增加了六維力傳感器，利用彈性應(yīng)力―應(yīng)變理論，通過(guò)感受外界載荷引起的傳感器彈性體形變，使機(jī)器人能識(shí)別行走環(huán)境，實(shí)時(shí)感知和識(shí)別地面環(huán)境變化，并測(cè)量地面的作用力。”

吳仲城介紹，目前實(shí)驗(yàn)室自行研制的一體化浮動(dòng)梁結(jié)構(gòu)六維力傳感器滿(mǎn)足了高動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和靈敏度要求，標(biāo)志著我國(guó)在仿人機(jī)器人研制方面掌握了世界先進(jìn)技術(shù)。

“集成化足部感知系統(tǒng)采用的橡膠減震層采用特殊橡膠配方工藝，并結(jié)合空氣型腔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，具有優(yōu)良的低頻隔振性能，依靠橡膠囊內(nèi)的壓縮空氣的壓力變化，極大改進(jìn)了隔振效果。”吳仲城打了個(gè)比方，“這就像人體足跟部的一層厚厚脂肪墊，能夠作為天然的緩沖層，有效地降低行走時(shí)所受到的地面反沖力。”

“為了增加機(jī)器人行走時(shí)的穩(wěn)定性，新系統(tǒng)還增加了力敏陣列傳感器和加速度傳感器，可以在機(jī)器人即將摔倒之前預(yù)先做出判斷，并幫助機(jī)器人及時(shí)糾正。”申飛說(shuō)。

吳仲城表示，足部感知系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的突破，能讓仿人機(jī)器人更加適應(yīng)人類(lèi)生活和工作環(huán)境，為機(jī)器人的功能拓展開(kāi)辟了更大空間。據(jù)了解，目前世界上掌握仿人機(jī)器人足部感知系統(tǒng)同類(lèi)技術(shù)的只有美國(guó)、日本等少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家。

“集成化足部感知系統(tǒng)，具備復(fù)雜地面環(huán)境感知能力，尤其對(duì)‘智能假肢’的設(shè)計(jì)具有借鑒意義。”申飛介紹，目前殘障人士所戴的假肢僅僅是提供一個(gè)支撐作用，而不能行動(dòng)自如，如果在假肢上運(yùn)用仿人機(jī)器人足部感知系統(tǒng)，假肢就能夠感知到地面的情況，通過(guò)自行處理，并反饋給人體的神經(jīng)系統(tǒng)，讓殘障人士行動(dòng)更加自如。

申飛坦言，“智能假肢”的設(shè)計(jì)還只是一個(gè)設(shè)想，仍然有許多技術(shù)問(wèn)題需要解決。“這和機(jī)器人不同，如何讓足部系統(tǒng)采集的信息轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號(hào)并為大腦識(shí)別，再讓人的意圖轉(zhuǎn)化成機(jī)器人能識(shí)別的信號(hào)就是需要攻克的重要課題。”申飛說(shuō)。

據(jù)介紹，目前仿人機(jī)器人集成化足部感知系統(tǒng)已形成小批量設(shè)計(jì)、加工能力。