【量子位 2026年1月3日讯】人形机器人被触碰时会主动缩回、受损后能精准定位故障——这一科幻场景正成为现实。香港城市大学研究团队研发的神经形态电子皮肤（NRE-skin），通过仿生人类神经系统的分层架构，首次同时实现高分辨率触觉感知、主动痛觉反馈与损伤自检三大核心功能。相关成果发表于《PNAS》期刊，为机器人安全交互、自主维护开辟了新路径，有望推动仿人机器人在工业、服务等领域的规模化应用。
这款电子皮肤打破了传统设计的局限，将触觉信号处理从“中央集权”改为“局部自治”，让机器人像人类一样拥有快速反应的“本能”。
一、核心突破：模仿人类神经，实现“传感器即神经元”
传统电子皮肤需将模拟信号传输至中央处理器处理，存在延迟高、响应慢的问题。NRE-skin的核心创新的是仿生人类神经系统的信号处理模式：
1. 触觉直接转译“神经脉冲”
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每个压力传感器都集成微型振荡电路，感知压力时，传感器电阻变化会调控电路输出脉冲信号——压力越大，脉冲频率越密集，直接完成“压力强度→脉冲频率”的编码；
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每个传感器配备独特的电阻、电容组合作为“位置指纹”，其发出的脉冲在形状、宽度或幅度上各具特征，精准定位刺激来源。
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所有触觉信息通过单一传输通道汇聚，既简化结构又提升传输效率。
2. 四层仿生结构，复刻皮肤功能
借鉴人类皮肤的角质层、表皮层、真皮层、皮下组织四层结构，NRE-skin设计了对应的功能层级：
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封装层：模拟角质层，提供机械保护；
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传感层：对应机械感受器，捕获压力等外部刺激；
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电路层：核心模块，相当于神经传导系统，负责脉冲编码、信号处理和决策；
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基底层：模拟皮下组织，提供缓冲支撑，吸收外力冲击。
其中电路层进一步细分五大功能区：疼痛中心（评估压力阈值）、特征中心（识别皮肤模块）、信号整合器（合并输出）、脉冲发生器（生成信号）、连接器（衔接外部模块），实现信号的渐进降维和精准处理。
二、关键能力：主动痛觉反馈+损伤自检，安全与维护双升级
基于仿生设计，NRE-skin实现了两项颠覆性功能，解决了传统机器人交互安全与维护难题：
1. 主动痛觉反射，毫秒级避伤
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电路层的“疼痛中心”实时监测脉冲频率对应的压力强度，预设安全阈值；
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当压力超过阈值（如碰撞、挤压），系统会绕过中央处理器，通过类似人类脊髓反射弧的局部机制，毫秒级触发保护动作（如肢体缩回）；
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无需复杂算法决策，大幅提升机器人与人类、环境交互的安全性，避免碰撞损伤或伤人风险。
2. 损伤自检+模块化快拆，维护更高效
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传感器会周期性产生“活脉冲”，一旦脉冲停止，系统立即判定对应区域皮肤受损，并通过“位置指纹”精准定位故障模块；
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采用模块化设计，受损单元可快速拆卸更换，无需整体更换电子皮肤，显著降低维护成本和停机时间。
三、应用前景：仿人机器人的“触觉革命”
这款电子皮肤的突破，将为机器人领域带来多维度升级：
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服务机器人：与人类交互时能感知触碰力度，避免过度用力或被碰撞后无反应，提升人机协作安全性；
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工业机器人：精准感知工件压力，避免损坏精密组件，同时在碰撞事故中快速避险；
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医疗机器人：通过高分辨率触觉感知，辅助完成微创手术、康复训练等精细操作。
研究团队表示，NRE-skin的设计思路不仅优化了电子皮肤的性能，更为触觉反馈算法和硬件研发提供了新方向。未来随着技术迭代，有望进一步提升感知分辨率和环境适应性，推动机器人向更智能、更人性化的方向发展。
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