MIT研發(fā)觸覺(jué)紡織品讓衣物像皮膚一樣擁有觸覺(jué)

從2012年谷歌推出智能眼鏡以來(lái)，可穿戴設(shè)備已逐漸進(jìn)入人們的日常生活，比如各大廠商推出的智能手表。目前的可穿戴設(shè)備多以具備部分計(jì)算功能、可連接手機(jī)及各類終端的便攜式配件形式存在，比如手表、眼鏡、頭盔等。

來(lái)自麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室（CSAIL）研究團(tuán)隊(duì)的最新成果將改變這一現(xiàn)狀。團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一款新型的紡織品，可以用于獲取人體信息，比如監(jiān)控坐姿、動(dòng)作或感知外界壓力等。這個(gè)新研究發(fā)表在國(guó)際知名雜志Nature Electronics上，并作為雜志的最新一期的封面，主要作者包括5位來(lái)自中國(guó)的研究者。該研究的主要?jiǎng)?chuàng)新在于，開發(fā)了一套基于紡織品的觸感智能系統(tǒng)，除了用于可穿戴設(shè)備外，在機(jī)器人開發(fā)、人類行為研究方面也大有可為。

研究介紹，觸覺(jué)交互信息的記錄、建模和分析對(duì)于研究人類行為、以及在醫(yī)療保健和機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)中具有非常重要的作用。然而，由于現(xiàn)有的可穿戴設(shè)備的傳感界面在性能、靈活性、可拉伸性和成本方面仍有較大進(jìn)步空間，因此相關(guān)研究的推進(jìn)極具挑戰(zhàn)性。

這款觸覺(jué)紡織品使用了廉價(jià)的同軸壓阻纖維（涂有壓阻納米復(fù)合材料的導(dǎo)電不銹鋼線），依靠自動(dòng)化涂層技術(shù)生產(chǎn)而成。由于使用了數(shù)碼機(jī)械化編織技術(shù)，這種功能性纖維可以被制作成大規(guī)模傳感織物。就像一般的紡織品，它可以制成任意形狀，能夠在任意不規(guī)則形狀的幾何體表面適形應(yīng)用，制成各式各樣的衣物。

論文的共同通訊作者、來(lái)自MIT的中國(guó)研究者李昀燭表示：“研究巧妙地將低成本的壓阻纖維和自動(dòng)化編織技術(shù)結(jié)合，并且融合了機(jī)器學(xué)習(xí)算法，建立了一種基于織物的觸感智能系統(tǒng)?！币簿褪钦f(shuō)，這種觸覺(jué)紡織品實(shí)際上構(gòu)建了一種基于織物的、用于觸感機(jī)器學(xué)習(xí)的系統(tǒng)，它可以記錄、監(jiān)測(cè)觸覺(jué)信息以及對(duì)人與環(huán)境的交互信息進(jìn)行學(xué)習(xí)。

“過(guò)去很難開發(fā)出使用大量傳感器提供高精度數(shù)據(jù)的可穿戴設(shè)備。”論文的主要作者、來(lái)自中國(guó)的羅亦悅說(shuō)。為了提高傳感系統(tǒng)的品質(zhì)和穩(wěn)定性，團(tuán)隊(duì)使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行感測(cè)和校準(zhǔn)。她介紹：“在制造大規(guī)模柔性的傳感器陣列時(shí)，通常其中的一些傳感器將無(wú)法工作，或者比其他傳感器工作得差。因此，我們開發(fā)了一種自我校正機(jī)制，該機(jī)制使用自我監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)識(shí)別并調(diào)整某些傳感器在何時(shí)出現(xiàn)故障。”

為了測(cè)試觸感系統(tǒng)的精度和可靠性，研究人員用觸覺(jué)紡織品制造了不同類型的衣物，比如襪子、手套和背心。他們通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)人工智能驅(qū)動(dòng)的傳感織物可以成功分辨出人的坐姿、動(dòng)作以及其他與環(huán)境的交互，并且可以重現(xiàn)人體動(dòng)態(tài)的全身姿勢(shì)。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，觸覺(jué)紡織品展示了它在環(huán)境空間信息采集和探索生物力學(xué)特征等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，這意味著它將有多種應(yīng)用場(chǎng)景。

研究人員表示，用觸覺(jué)紡織品制成的衣物可以用于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和醫(yī)療康復(fù)。當(dāng)病人穿上使用觸覺(jué)紡織物制成的衣物，醫(yī)生或家屬便可以輕易監(jiān)控他們的健康狀況。當(dāng)病人摔倒或失去知覺(jué)時(shí)，也能立即發(fā)現(xiàn)。

在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中，他們的襪子可以通過(guò)觀察用戶從一個(gè)姿勢(shì)過(guò)渡到另一個(gè)姿勢(shì)時(shí)不同的觸覺(jué)足跡，以及不同姿勢(shì)之間的變化來(lái)預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)。背心還可以監(jiān)測(cè)穿著者的姿勢(shì)和其它動(dòng)作。運(yùn)動(dòng)教練或者康復(fù)師可以借此分析穿著者的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)，并提出相應(yīng)的改善建議。經(jīng)驗(yàn)豐富的運(yùn)動(dòng)員甚至可以使用它來(lái)記錄和分析自己的姿勢(shì)。

除了在“智能衣物”方面的應(yīng)用外，觸感的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)在機(jī)器人開發(fā)等領(lǐng)域也極具前景。李昀燭介紹：“我們的觸覺(jué)紡織品可以作為衣服穿在機(jī)器人上，給機(jī)器人帶來(lái)高分辨率的觸覺(jué)感知能力，可以幫助它們更好的感知其和周圍環(huán)境之間的交互?！闭撐牡墓餐ㄓ嵶髡?、同樣來(lái)自中國(guó)的壽萬(wàn)說(shuō)：“想象一下，機(jī)器人不再‘觸覺(jué)失明’，并且擁有可以像人類一樣擁有觸覺(jué)的‘皮膚’。具有高分辨率觸感的服裝為研究人員在未來(lái)幾年中探索提供了許多令人興奮的新應(yīng)用領(lǐng)域?！?/p>

機(jī)織的觸覺(jué)紡織品柔軟、可拉伸、透氣，可以織進(jìn)任意形狀的衣物里，制成多種產(chǎn)品。與許多現(xiàn)有的可穿戴電子設(shè)備不同，它們可以直接應(yīng)用到傳統(tǒng)的服裝生產(chǎn)中。它使用的是低價(jià)的電阻材料，因此可以用更低的價(jià)格可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

蘋果CEO蒂姆·庫(kù)克曾說(shuō)：“當(dāng)各種可穿戴設(shè)備不斷出現(xiàn)時(shí)，卻沒(méi)有出現(xiàn)任何一個(gè)重量級(jí)產(chǎn)品。因?yàn)闆](méi)有一個(gè)設(shè)備能說(shuō)服一個(gè)不戴眼鏡或者腕帶的孩子去使用這個(gè)產(chǎn)品。觸覺(jué)紡織品則預(yù)示了可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的變革，它可以真正做到‘傳統(tǒng)事物的升級(jí)’。使用觸覺(jué)紡織品制作的可穿戴設(shè)備將有廣闊的市場(chǎng)，畢竟幾乎每一個(gè)人都要穿衣服?！保ㄕ悦馈渡羁萍肌罚ň庉?費(fèi)勒萌）