卡内基梅隆大学的研究人员创建了织物和传感系统来

使针织毛衣舒适且易于穿着的品质与可以让机器人更好地与人类互动的品质相同。

RobotSweater由卡内基梅隆大学 机器人研究所的研究团队开发，是一种可以感知接触和压力的机织纺织“皮肤”。

“我们可以利用它让机器人在与人类互动时变得更聪明，” 计算机学院机器人学助理教授刘长流说。

正如编织者可以将任何种类的纱线变成任何尺寸或形状的袜子、帽子或毛衣一样，RobotSweater 针织面料也可以定制以适应不平坦的三维表面。

“针织机可以将纱线图案化成非平面形状，可以是弯曲的或块状的，” SCS 助理教授James McCann说，他 近年来的研究重点是 纺织品制造。“这让我们想到也许我们可以制造适合弯曲或块状机器人的传感器。”

针织后，这种织物可用于帮助机器人在人类触摸时“感觉”到它，特别是在安全至上的工业环境中。目前用于检测工业中人机交互的解决方案看起来像盾牌，并使用非常坚硬的材料，Liu 指出这些材料无法覆盖机器人的整个身体，因为某些部分需要变形。

“有了 RobotSweater，机器人的整个身体都可以被覆盖，因此它可以检测到任何可能的碰撞，”刘说，他的研究重点是机器人技术的工业应用。

RobotSweater 的针织面料由两层由金属纤维制成的导电纱线组成，可以导电。夹在两者之间的是网状的蕾丝图案层。当对织物施加压力时——比如有人触摸它——导电纱线会闭合电路并被传感器读取。

“力将行和列推到一起以关闭连接，” SCS 助理教授兼 RoboTouch 实验室主任Wenzhen Yuan说。“如果有一个力穿过导电条，这些层就会通过孔相互接触。”

除了如何设计针织层(包括数十甚至数百个样品和测试)之外，该团队还面临着将布线和电子元件连接到柔软纺织品的另一项挑战。

“有很多繁琐的物理原型制作和调整，”麦肯说。“从事这项工作的学生设法从看似有前途的事情变成了实际可行的事情。”

有效的方法是将电线缠绕在针织物中每条条纹末端的按扣上。McCann 说，Snap 是一种经济高效的解决方案，即使是用电子元素制作纺织品(称为电子纺织品)的爱好者也可以使用它们。

“你需要一种将这些东西牢固地连接在一起的方法，这样它就可以应对拉伸，但不会破坏纱线，”他说，并补充说该团队还讨论了使用柔性电路板。

RobotSweater 安装到机器人身体后，可以感知接触的分布、形状和力。它也比现在大多数机器人所依赖的视觉传感器更准确、更有效。

“机器人将按照人类推动它的方式移动，或者可以对人类的社交手势做出反应，”袁说。

在他们的研究中，该团队证明，推动配备 RobotSweater 的伴侣机器人会告诉它向哪个方向移动或向哪个方向转动头部。当用在机器人手臂上时，RobotSweater 允许人手推动以引导手臂运动，同时抓住手臂告诉它打开或关闭其抓手。

在未来的研究中，该团队希望探索如何对触摸屏上使用的滑动或捏合动作的反应进行编程。

该团队——包括 SCS 博士。学生 Zilin Si 和 Tianhong Catherine Yu，以及来自加州大学圣巴巴拉分校的访问本科生 Katrene Morozov 将在下周的 2023 年 IEEE 机器人与自动化国际会议 (ICRA)上展示 RobotSweater研究论文。

McCann 说，有一天，三位教职员工在午餐时间交谈，研究人员团队之间的合作和专长帮助 RobotSweater 栩栩如生。

“我们有一个人在考虑制造，一个人在考虑机器人集成，一个人在考虑传感，还有一个人在考虑规划和控制，”他说。“拥有这个项目真的很棒，我们有完整的人员来解决每个问题。”