每個(gè)指尖有 3,000 多個(gè)觸摸感受器，它們?cè)诤艽蟪潭壬蠈?duì)壓力做出反應(yīng)。人類在操縱物體時(shí)非常依賴指尖的感覺(jué)。缺乏這種感覺(jué)對(duì)上肢截肢者來(lái)說(shuō)是一個(gè)獨(dú)特的挑戰(zhàn)。雖然今天有幾種高科技、靈巧的假肢可用，但它們都缺乏"觸摸"的感覺(jué)。缺少這種感覺(jué)反饋會(huì)導(dǎo)致物體無(wú)意中被假手掉落或壓碎。

為了實(shí)現(xiàn)更自然的假手觸感，佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院的研究人員及其合作者率先在假手的指尖上使用液態(tài)金屬將可拉伸的觸覺(jué)傳感器結(jié)合在一起。該技術(shù)封裝在有機(jī)硅彈性體中，與傳統(tǒng)傳感器相比具有關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，包括高導(dǎo)電性、順應(yīng)性、柔韌性和可拉伸性。這種分層的多指觸覺(jué)集成可以為人工手提供更高水平的智能。

對(duì)于這項(xiàng)發(fā)表在《Sensors》雜志上的研究，研究人員使用假肢上的單個(gè)指尖來(lái)區(qū)分沿不同紋理表面滑動(dòng)的不同速度。四種不同的紋理有一個(gè)可變參數(shù)：脊之間的距離。為了檢測(cè)紋理和速度，研究人員訓(xùn)練了四種機(jī)器學(xué)習(xí)算法。對(duì)于十個(gè)表面中的每一個(gè)，收集了 20 次試驗(yàn)以測(cè)試機(jī)器學(xué)習(xí)算法區(qū)分由隨機(jī)生成的四種不同紋理排列組成的十種不同復(fù)雜表面的能力。

"已經(jīng)對(duì)用于人工手的觸覺(jué)傳感器進(jìn)行了大量研究，但仍然需要在輕型、低成本、堅(jiān)固的多模態(tài)觸覺(jué)傳感器方面取得進(jìn)展，"資深作者、副教授 Erik Engeberg 博士說(shuō)。海洋與機(jī)械工程系以及 FAU Stiles-Nicholson 腦研究所和 FAU 傳感與嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程研究所 (I-SENSE) 的成員，他與第一作者和博士一起進(jìn)行了這項(xiàng)研究。 "在我們的研究中，來(lái)自所有單個(gè)指尖的觸覺(jué)信息為更高的手部感知水平奠定了基礎(chǔ)，能夠區(qū)分十個(gè)復(fù)雜的、多紋理的表面，而使用來(lái)自單個(gè)指尖的純粹局部信息是不可能做到的。"

研究人員比較了四種不同機(jī)器學(xué)習(xí)算法的成功分類能力：

K-最近鄰 (KNN)、支持向量機(jī) (SVM)、隨機(jī)森林 (RF) 和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (NN)。提取液態(tài)金屬傳感器的時(shí)頻特征來(lái)訓(xùn)練和測(cè)試機(jī)器學(xué)習(xí)算法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通常在使用單個(gè)手指的速度和紋理檢測(cè)方面表現(xiàn)最好，并且使用四個(gè)手指同時(shí)使用四個(gè)液態(tài)金屬傳感器區(qū)分十個(gè)不同的多紋理表面的準(zhǔn)確度為 99.2% 。

"對(duì)于試圖無(wú)縫參與常規(guī)活動(dòng)的個(gè)人來(lái)說(shuō)，失去上肢可能是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)，"工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng) Stella Batalama 博士說(shuō)。"雖然假肢的進(jìn)步是有益的，可以讓截肢者更好地履行日常職責(zé)，但他們并沒(méi)有為他們提供觸覺(jué)等感官信息。他們也無(wú)法讓他們用意念自然地控制假肢。有了這個(gè)憑借我們研究團(tuán)隊(duì)的最新技術(shù)，我們離為世界各地的人們提供一種更自然的假肢裝置又近了一步，這種假肢裝置可以'感覺(jué)'并對(duì)環(huán)境做出反應(yīng)。"