*本文為【半月談】2024年第13期內容
與機器人握手，為何那麽難？
嬰兒1周歲就可以抓鬮了，但讓一個機器人學會抓握，卻是上百篇頂刊論文都講不清楚的事。
科學家告訴我們，比起下棋像人、說話像人、走路像人，讓機器人拿起一只氣球或端起一只玻璃杯，是更難辦的事。「10年前，我們圈裏有句話：‘不要跟機器人握手’。」北京理工大學柔性電子器件與智造研究所所長沈國震說。
為什麽這麽說？不知如何握手的機器人，與這個世界打交道的方式，究竟缺了什麽？
沒有皮膚，真的不一樣
原來——
「過去機器人沒有觸覺，無法控制力道，與人握手不懂得什麽時候松開手，一不小心可能會把人手部的骨頭捏碎。」沈國震的解答道出機器人研究的一大癥結——機器人身上少了一樣人類器官，而且是最大的那個：皮膚。
沒有皮膚，機器人就難以擁有發達的觸覺，電影史上經典的機器人形象之一「剪刀手愛德華」，一不小心就發力傷人的場景，今日機器人實驗室裏仍不鮮見。
也正因此，我們已經津津樂道機器人寫作文、下象棋，但還聽不到機器人嫻熟完成家務活的訊息。
觸覺，其實是多種感知資訊的「合體」：接觸的位置、接觸力的大小和方向，接觸物（甚至未接觸物）的溫度，紋理、硬度……我們的皮膚可以極其精妙地捕捉這些資訊的蛛絲馬跡並傳遞給大腦，我們許多習焉不察的反應與動作於是啟動。
可以說，皮膚不只是身體表面一層將近2平方米的附著物，更是人與周遭世界的溝通紐帶、互動方式。
那麽，給機器人加一身皮膚怎麽樣？機器人可以由此像人一樣感知環境、適應環境嗎？
裝有仿生三維電子皮膚的機械手與人手互動
電子皮膚，到底什麽樣
當然，電影裏的機器人不都像愛德華一般。
科幻電影【阿麗塔】的主角機器人阿麗塔雖然纖瘦，卻是一名「六邊形戰士」。她的戰鬥力源自一身「黑科技」，其中就包括觸覺比人類還靈敏的電子皮膚。
對，電子皮膚。讓機器人全面感知自己的身體和周邊環境，電子皮膚已經成為今日機器人學重要的研究領域。
機器人借助電子皮膚擁有觸覺後，就能更充分、精準地讀取環境中的壓力訊號，行動也就更為靈活有效。一般而言，現在的機器人缺乏對物體精確的力量反饋，難以精準抓握和操縱微小或柔軟的物體。而電子皮膚則可賦予未來的機器人一雙「巧手」，實施高精準度的手術可能都不在話下。
那到底什麽是電子皮膚呢？
沈國震介紹，人的皮膚由表皮、真皮、皮下組織構成，電子皮膚也是類似的「三明治」結構，由電極材料、活性材料、柔性襯底組成。電極材料作為電連線層，位於活性材料的兩側，接收和傳輸電訊號；活性材料的功能是將環境刺激轉換為可檢測的電訊號；柔性襯底則負責支撐電子皮膚並將其與機器人軀體貼合在一起。
開發一款電子皮膚，哪些問題必須解決？首當其沖是材料「柔」的問題。電子皮膚的關鍵在一個「柔」字。能作為皮膚的材料必須是柔性、可拉伸的，而不是剛硬、易脆裂的。「繞指柔」何以可能？
科學界現在有三種探索方向。第一種著眼於物理柔性，努力開發尺度更小的材料。比方說，柔軟又有高度化石相容性的納米矽就可以作為生化傳感器，一定程度實作皮膚功能。第二種則寄望於結構柔性。努力開發金屬等物質的各種新奇力學結構，彈簧、螺旋、蛇形……將傳統硬質材料改造為具備良好的拉伸、彎曲能力的新材料。還有的科學家試圖突破本征柔性，透過高分子工程改變聚合物材料性質，使其具備高拉伸特性，甚至兼具自我修復功能。
開發電子皮膚，還得在感知功能上下功夫。傳感是機器感知環境的基礎，感知壓力、溫度，判斷觸摸的不同物體，分辨手裏拿的究竟是一顆桃子還是一顆雞蛋，無不需要傳感器。觸覺傳感器要盡可能充分地獲得相接觸物體表面種種特性，對傳感靈敏度要求尤高。
沈國震團隊研發的柔性可延展多功能電子皮膚，可用於人體生理訊號的即時監測
此外，傳感器捕捉到的訊號如何高效傳輸，也是問題。關鍵就在於，如何讓訊號在傳輸到機器人「大腦」的過程中盡量少有耗損？
電子皮膚，我們也來一套？
實際上，電子皮膚不止是機器人的下一代裝備，我們人類自己也「值得擁有」。
虛擬現實技術方興未艾的今天，電子皮膚可能是人類漫遊元宇宙的重要助力。在虛擬世界中，電子皮膚能最大限度地還原觸覺，不僅使人能近乎真實地「摸」到虛擬物體，甚至能還原清風、水流、火焰帶給人們的感覺，極大提升沈浸感和真實感。
此外，對於燒傷燙傷患者、截肢患者來說，電子皮膚可使他們重獲觸覺，繼續享受美好生活。
對於身心健全的普通人而言，電子皮膚能幫什麽忙？「它可以起到一種人體健康監測器材的作用。電子皮膚與人體直接接觸，能夠藉由高精度傳感器直接測量我們身體數據（比方說心率、體溫、血糖、血壓）的即時情況，相當於精密程度躍升的‘健康手環’。」沈國震說，目前這類技術已經成熟，產品也將逐步進入市場。
其實，科學家還有更大膽的想法——能不能將智能電話的功能融入電子皮膚？如果電子皮膚的傳感器足夠敏銳、電路暢通且效能穩定，透過「點選」電子皮膚的不同位置來收發訊息、接撥電話，是不是也順理成章？
也許到那時，我們真的就可以丟下手機，輕裝出門了。
原標題【與機器人握手，你敢嗎？】
半月談記者：張漫子 / 編輯：範鐘秀
來源：半月談
