在过去的几十年里，机器人研究和发展已经走得很长，但不一定是科幻作家想象的。现代研究代替网络上的机器人，侧重于将机器人设计到危险或乏味对人类的情况下，例如进行灾难侦察或可靠地完成重复性任务。虽然这些机器人已被证明是有效地完成物理任务，但学会自然地与人类收费进行互动仍然是一个挑战。
关于问题，来自Drexel University的机器人的新观点表达与创新互动技术中心与大学合作形成了跨学科合作功能织物中心(CFF)。这一努力为他们的内部机器人Hubo提供了一个独特的优势来理解人类:衣服。
虽然仍处于发展的早期发展，但远离时尚陈述，但衣服给豪博发了一种触感。该团队正致力于为哈博开发触摸敏感的服装，使其能够将某些东西与肩膀上的水龙头视为潜在的危险作为一种积极的推动。
Richard Vallett，Ryan Young，以及Youngmoo Kim博士在兴奋中心展示了Hubo。图片来源:德雷塞尔大学。
灵感就在房间的另一边
机器人和纺织技术的组合可能会对违反直观性，但实验室的主导研究人员对他们说，合作不可能更加自然。
“一支球队正在研究机器人，而且只有20英尺远，另一个团队正在使用智能面料。然后一些创新的人问道，“如果我们把一些面料放在机器人上会发生什么？”“兴奋中心主任Youngmoo Kim博士说。“兴奋是关于有跨学科的空间，并且有很多不同类型的研究工作的机会。”
研究人员称，这种合作恰好在设计兴奋中心时大学铭记，该中心探索从表达机器人（如湖泊）到企业家游戏设计和计算机化针织的研究人员。The ExCITe Center’s mission to “maintain an environment encouraging the serendipitous exchange of knowledge and ideas” is a fitting description in the case of Hubo’s wardrobe: The collaboration began as a search to find Hubo a protective covering that was less brittle and more protective than its current PVC shell.
“这些花哨的塑料外壳会让机器人看起来很有未来感，但它们非常易碎，不能很好地保护机器人，”Kim说。
自2012年以来，CFF一直是Excite的一个组成部分，当时日本技术公司Shima Seiki向大学捐赠了16个工作站和三个电脑针织系统。这些计算机化的针织机将纱线逐行组装成纺织品行，类似于3D打印机层塑料方式。CFF的机器使用导电纱线来创造智能，柔性服装，无需额外的嵌入式电子设备。迄今为止，实验室使用该技术为储能和Wi-Fi电力收获的服装制造，甚至为预期监测收缩而无需额外组件的母亲的智能“腹部带”。但是，当它在哈博时，CFF的导演Geneviéve迪翁表示，两队都有一些障碍克服。
在激动中心工作的学生。图片来源:德雷塞尔大学。
Hubo穿着它最新的针织敏感服装。图片来源:德雷塞尔大学。
学习如何着装才能成功
除了设计湖泊的衣服来防止碰撞和机械磨损之外，研究人员努力设计一种可以改善哈博与人类的互动的面料。对于第一批任务，团队组合填充纺织品和高强度纱线，以打击日常磨损。结果是圆形灰色袖子，裤腿和衬衫的庞大套。
迪翁说，这一成就不仅仅是为了他们的项目的功能，而且还非常重要，也很重要，也很重要。虽然我们可能会将纺织品视为一次性或脆弱，但哈博的盔甲是一种遗嘱，这些织物在这种情况下比工业强度塑料更耐用。
除了保护哈博之外，该团队还必须以电容式触摸传感器的形式设计触敏衣服。与计算机键盘一样，这些触摸传感器旨在感测触摸的压力和位置，并将其转换为机器的可用数据，例如移动光标或在何博如何回答问题时，“有人碰到我吗？“
“这些花哨的塑料贝壳会使它看起来非常未来派，但它们非常脆弱，并不能很好地保护机器人。”
Youngmoo金
触摸感应的衣服
对于Hubo的新衣服来说，传感器本质上是用导电纱编织成的电路，导电纱作为电线，而标准的非导电纱构成衣服的结构。该电路的工作原理类似于智能手机的触摸屏:当一个人的皮肤按压裸露的导电纱线时，它就会给机器人一种触觉，测量触摸的位置和压力。
压力和位置告诉人类关于联系人很多：如果有人轻轻地轻拍你在肩膀上，他们想要引起你的注意。从后面的艰难推动沟通沟通非常不同，而且明显的信息。
虽然目标相当直截了当，但这个领域的新兴性意味着该团队必须从头开始工作，以确定这些传感器如何为机器人工作。它难以将一个不灵活的复杂电路设计转换为可作为柔性传感器编织的电路设计。与包含许多不同单线层的印刷电路不同，该团队被任务以想象一个使用尽可能少的层和电线的设计。湖泊的灵活性意味着他的衣服和他们的电路，需要折叠和弯曲，因为哈博移动。这些约束导致了许多问题：接线将如何集成到结构中并连接到外部传感控制器？传感器的针织电路如何在重复弯曲和伸展时存活？传感器如何通过折叠或弯曲触发的一个触发的外部触摸？传感器如何解决实际问题，例如洗涤？
一种使用触敏电极织物的电路简化概述。图片来源:德雷塞尔大学。
“我们希望传感器能像纺织品一样处理，能够折叠、拉伸和洗涤，不会退化或产生不良影响。”
Richard Vallett.
“我们希望传感器像纺织品一样处理，并且能够折叠，拉伸和洗涤而不会降低或不利影响，”Richard Vallett，Ph.D。项目上的候选人和主要研究人员。
这是Hubo的触摸感应袖和Hubo的全身防护服的特写。图片来源:德雷塞尔大学。
感觉就像智能手机的触控板
设计人员选择自电容作为传感方法。自电容感应寄存器只接触导电的东西，例如我们的指尖。大多数智能手机都使用同样的方法，这就是为什么我们必须脱下手套发短信。在Hubo的衣柜中使用自电容感应意味着折叠或拉伸时无意中施加在传感器上的压力不会被感知为触摸。
为了探索这一新领域，团队转向了MathWorks。Vallett说他们使用了MATLAB®和仿真软金宝app件®在柔性传感器中模拟触摸检测。随着传感器的电路变得更加复杂，它们使用Simscape™来模拟预期输出和性能，并减轻任何测量不确定性。
触摸传感器不像传统的电容式传感器那样操作，电容式传感器依赖于一个由许多低电阻导线组成的网格来测量触摸位置。相反，传感器使用一种高电阻的导电纱，它蜿蜒穿过纺织品的表面。通过纱线的低电流允许从纱线路径的两端测量电压的细微变化。然后从电压差中推断出沿路径的线性距离。该团队能够通过物理手段改变传感器的电阻来调整电子行为。裸露导电纱的编织线圈形成复杂的电气网络。通过改变针织图案和纱线成分中单个纤维的数量，该团队可以在不损失性能的情况下最大限度地提高灵敏度。找到这两个因素的正确组合是关键。
Vallett说:“在我们进行任何物理测试之前，实验的参数通过Simulink模型运行。”金宝app
可视化模型输出的能力使该团队能够设计一套解耦方程，以跟踪传感器上从两个耦合电压信号测量到的单个触摸的位置和压力。由于虚拟模型允许他们理解虚拟传感器的标准输出和数据中确定趋势,他们能够设计和测试的网络传感器,能够探测准确触摸位置使用单一软线和肯定,折叠和重叠线不会模糊输入位置。
在设计过程中，团队也意识到他们测量触摸位置的全有或全无的方法可能也需要修改。
迪翁说:“我们从试图极其精确地测量我们的位置，转变为感应敲打和手势。”“这真的很有趣，因为我们并不是没有考虑过这个问题;我们只是想寻求最好的解决方案。”
该团队仍然致力于完善霍博的新DUDS，但他们希望提高面料的触控精度和敏感性，并扩展其超越实验室的技术，并帮助将这些机器人与他们旨在协助的社区集成。
“我们设想未来我们的机器人是真正的辅助设备，”金说。“如果你想要一个可以拿出垃圾或做菜的房子周围的机器人，它需要与人们更加自然的水平互动，而不是我们现在的能力。在所有形式中感应，但特别接触，是一个很大的一部分。“
所以，当霍博斯穿着他的新衣服时，你在肩膀上点击他，当他转身看看你想要什么时，不要太惊讶。
