圖為一款仿人機器人和中國“智能腳”。
仿人機器人是指具有人類相似外形和行為特征的機器人。我國自主研制的集成化足部感知系統，讓仿人機器人能夠適應更復雜的路面。
“機器人在‘智能腳’的幫助下，已經能在斜面、凹陷的路面平穩行走，一改普通機器人只能在平坦路面行走，且容易摔倒的問題。”中科院合肥物質科學研究院吳仲城研究員欣喜地告訴記者。
日前，中科院合肥物質科學研究院研制的仿人機器人集成化足部感知系統通過科技部組織的專家驗收，該成果打破了相關技術長期依賴於國外進口的局面，殘障人士行動自如將成為可能。
“仿人機器人外形酷似人類，雙‘手’能抓取物體，雙‘腳’能移動位置，甚至可以完成人類喜怒哀樂的表情。仿人機器人在醫療、礦產、救援、海洋勘探、機器維修等諸多領域的應用前景廣泛。”中科院合肥物質科學研究院申飛告訴記者，“目前全世界的大型仿人形機器人項目有70多個，小型仿人形機器人項目有60多個，我國也有十幾家單位從事此項研究。”
在目前的仿人機器人研究中，如何增強其在未知環境中的適應能力一直是研究重點，雖然仿人機器人的行走技術已經得到較大突破，但距離適應人類生活環境還有很大差距。
“仿人機器人的每一次進步都與足部感知系統的發展密切相關。一直以來，國內研制的仿人機器人還只能在平坦地面上穩定行走，由於缺乏有效的足部感知系統，造成仿人機器人對地面環境的感知能力不足，因而難以在非平坦地面穩定行走。”申飛說。
“人類之所以能在各種環境下自然、平衡地行走，有賴於人類足部復雜的結構和生理功能，使其能准確感知外界信息並實時反饋給中樞神經運動控制系統。”吳仲城告訴記者，“仿人機器人集成化足部感知系統就是仿照這一過程，首先在機器人腳部增加了六維力傳感器，利用彈性應力—應變理論，通過感受外界載荷引起的傳感器彈性體形變，使機器人能識別行走環境，實時感知和識別地面環境變化，並測量地面的作用力。”
吳仲城介紹，目前實驗室自行研制的一體化浮動梁結構六維力傳感器滿足了高動態響應速度和靈敏度要求，標志著我國在仿人機器人研制方面掌握了世界先進技術。
“集成化足部感知系統采用的橡膠減震層采用特殊橡膠配方工藝，並結合空氣型腔結構的設計，具有優良的低頻隔振性能，依靠橡膠囊內的壓縮空氣的壓力變化，極大改進了隔振效果。”吳仲城打了個比方，“這就像人體足跟部的一層厚厚脂肪墊，能夠作為天然的緩衝層，有效地降低行走時所受到的地面反衝力。”
“為了增加機器人行走時的穩定性，新系統還增加了力敏陣列傳感器和加速度傳感器，可以在機器人即將摔倒之前預先做出判斷，並幫助機器人及時糾正。”申飛說。
吳仲城表示，足部感知系統關鍵技術的突破，能讓仿人機器人更加適應人類生活和工作環境，為機器人的功能拓展開辟了更大空間。據了解，目前世界上掌握仿人機器人足部感知系統同類技術的只有美國、日本等少數幾個發達國家。
“集成化足部感知系統，具備復雜地面環境感知能力，尤其對‘智能假肢’的設計具有借鑒意義。”申飛介紹，目前殘障人士所戴的假肢僅僅是提供一個支撐作用，而不能行動自如，如果在假肢上運用仿人機器人足部感知系統，假肢就能夠感知到地面的情況，通過自行處理，並反饋給人體的神經系統，讓殘障人士行動更加自如。
申飛坦言，“智能假肢”的設計還只是一個設想，仍然有許多技術問題需要解決。“這和機器人不同，如何讓足部系統采集的信息轉化為神經信號並為大腦識別，再讓人的意圖轉化成機器人能識別的信號就是需要攻克的重要課題。”申飛說。
據介紹，目前仿人機器人集成化足部感知系統已形成小批量設計、加工能力。