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摘要
香港城市大学研究团队开发出一种新型神经形态机器人电子皮肤（NRE-skin），具备主动痛觉感知与损伤自检双重功能。该技术模拟人类神经系统的工作机制，使机器人在遭受外部伤害时可即时响应并识别损伤位置，提升其环境适应性与安全性。NRE-skin通过高灵敏度传感器阵列和类脑信号处理单元，实现毫秒级疼痛反馈与自我诊断能力，相关性能指标达到国际领先水平。此项突破为智能机器人、人机交互及自主修复系统提供了创新解决方案。
关键词
神经形态, 电子皮肤, 痛觉感知, 自检功能, 机器人
随着智能机器人在工业、医疗及服务领域的广泛应用，其与人类和环境的交互日益频繁，对机器人感知能力的要求也不断提升。传统的传感器系统难以模拟人类皮肤的复杂感知功能，尤其在痛觉反馈与自我修复方面存在明显短板。为突破这一技术瓶颈，香港城市大学研究团队提出了一种创新解决方案——神经形态机器人电子皮肤（NRE-skin）。该技术的诞生源于对人类神经系统工作机制的深入模仿，旨在赋予机器人更接近生物体的感知与响应能力。通过集成主动痛觉感知与损伤自检功能，NRE-skin不仅提升了机器人在复杂环境中的适应性，也为未来人机共融提供了更为安全可靠的技术支撑。
NRE-skin的核心在于其仿生设计思路，采用高灵敏度传感器阵列与类脑信号处理单元相结合的架构。传感器阵列能够实时捕捉外部机械刺激，并将其转化为电信号；而类脑信号处理单元则模拟人类神经系统的脉冲编码方式，实现对刺激强度与位置的快速解析。这种神经形态计算机制使得信息处理更加高效，响应速度达到毫秒级。整个系统通过分层结构整合感知、传输与判断功能，形成闭环反馈路径，使电子皮肤不仅能“感受”外界变化，还能“理解”并“决策”如何响应，从而实现真正意义上的智能感知。
主动痛觉感知是NRE-skin的一项关键突破。当机器人遭遇挤压、刮擦或高温等潜在伤害时，电子皮肤可即时产生类似人类疼痛的反馈信号，触发避让或保护动作。这种能力使得机器人能够在未造成严重损坏前自主调整行为，避免进一步损伤。例如，在人机协作场景中，若机器人手臂意外触碰到操作人员，NRE-skin可迅速识别接触力度并判断为“疼痛”事件，立即停止运动或回撤，极大提升了交互安全性。该功能不仅增强了机器人的环境适应能力，也为构建更具同理心的智能体奠定了技术基础。
除了对外界刺激的感知，NRE-skin还具备独特的损伤自检能力。一旦电子皮肤本身受到物理破坏，如裂纹或局部失效，系统可通过内部信号通路的变化自动检测损伤位置与程度。这一过程依赖于预设的神经网络模型对信号异常的识别，无需外部干预即可完成诊断。自检结果可实时上传至机器人主控系统，支持后续的维修决策或启用冗余模块。该功能显著提高了机器人系统的可靠性与维护效率，尤其适用于远程作业或危险环境中无法人工检修的场景。
NRE-skin的双重功能为机器人安全领域带来了革命性潜力。在智能制造中，装配线上的机器人可借助该技术实现更精准的风险预判与自我保护；在医疗护理机器人中，痛觉感知有助于提升与患者接触时的安全性与舒适度；而在灾难救援等高风险任务中，具备自检能力的电子皮肤可确保机器人在恶劣条件下持续稳定运行。此外，该技术还可拓展至假肢开发，帮助使用者恢复部分触觉与痛觉体验，推动康复工程的发展。随着算法优化与材料进步，NRE-skin有望成为下一代智能机器人标准配置。
尽管NRE-skin展现出广阔前景，但其大规模应用仍面临多重挑战。首先，当前系统的制造成本较高，限制了普及速度；其次，长期使用中的材料疲劳与信号衰减问题尚需进一步解决；再者，如何将痛觉感知与更高层级的认知决策深度融合，仍是人工智能与机器人学交叉领域的难题。未来，研究方向或将聚焦于降低能耗、提升耐久性以及增强多模态感知融合能力。同时，随着类脑芯片与柔性电子技术的进步，NRE-skin有望向更轻薄、更智能的方向演进，最终实现从“感知”到“理解”再到“学习”的全面跃升。
传统电子皮肤虽已具备基础的触觉感知能力，如压力、温度和湿度检测，但其信号处理方式多依赖于外部计算单元进行集中分析，响应延迟较高，难以实现即时反馈。相比之下，香港城市大学研发的神经形态机器人电子皮肤（NRE-skin）则通过仿生设计，将感知与处理功能深度融合。其采用类脑信号处理单元，模拟人类神经系统的脉冲编码机制，使信息传递更高效、反应速度达到毫秒级。更重要的是，传统电子皮肤普遍缺乏对伤害性刺激的主动识别能力，而NRE-skin具备主动痛觉感知功能，能够在受到挤压、刮擦或高温等威胁时立即触发保护性响应。此外，在系统完整性方面，传统方案往往无法自主判断自身损伤状态，而NRE-skin内置的自检机制可实时监测物理破坏并定位故障区域，显著提升了系统的智能化水平与环境适应能力。
痛觉并非仅仅是生物体的防御机制，更是一种关乎生存的智能预警系统。NRE-skin所赋予机器人的主动痛觉感知能力，正是让冷峻的机械开始拥有“自我关怀”的意识起点。当机器人在复杂环境中运行时，突如其来的碰撞或过热可能造成内部结构损坏，而痛觉反馈使其能在第一时间做出规避动作，避免连锁性故障。这种能力在人机协作场景中尤为关键——例如在医疗护理或家庭服务中，机器人若能感知与人类接触时的压力异常，并迅速调整行为，不仅能防止对使用者造成不适或伤害，也增强了人对机器的信任感。长远来看，痛觉感知不仅是安全屏障，更是通往更具同理心、更自然交互的智能机器人的重要一步，为构建真正意义上“有感觉”的机器奠定了技术基石。
在无人值守或高危作业环境中，机器人的可靠性直接决定任务成败。NRE-skin所集成的损伤自检功能，正是提升系统鲁棒性的关键创新。一旦电子皮肤表面出现裂纹或局部传感失效，系统可通过内部信号通路的变化自动识别异常，并精准定位损伤位置与程度。这一过程无需人工介入，也不依赖外部诊断设备，极大缩短了故障响应时间。对于应用于灾难救援、深海探测或太空探索的机器人而言，这种自我诊断能力意味着即使身处极端环境，也能持续监控自身状态，及时上报维修需求或启动备用模块。由此带来的不仅是运维效率的提升，更是系统生命周期的延长与任务执行安全性的飞跃。NRE-skin的自检机制，正悄然将机器人从“被动受损”推向“主动守护”的新阶段。
随着智能机器人在工业自动化、医疗服务、家庭陪伴及特种作业领域的加速渗透，对高灵敏度、高安全性的感知系统需求日益迫切。NRE-skin凭借其独特的主动痛觉感知与损伤自检双重功能，展现出广阔的市场潜力。该技术不仅适用于智能制造中的协作机器人，提升生产线的安全等级，还可广泛应用于康复工程领域，如为假肢配备接近真实皮肤的感知能力，帮助使用者恢复部分触觉体验。此外，在高端服务机器人市场，具备痛觉反馈的电子皮肤将显著增强人机交互的自然性与安全性，成为产品差异化竞争的核心要素。尽管目前受限于制造成本与材料耐久性，尚未实现大规模商用，但随着柔性电子与类脑芯片技术的进步，NRE-skin有望逐步走向产业化，成为下一代智能机器人不可或缺的标准组件。
尽管NRE-skin已在感知机制与系统集成方面取得突破，但其未来发展仍面临多重挑战与机遇。当前系统的制造成本较高，限制了普及速度；同时，长期使用过程中可能出现材料疲劳与信号衰减问题，亟需在材料科学层面寻求更稳定的解决方案。未来的研究或将聚焦于降低能耗、提升耐久性以及增强多模态感知融合能力，使电子皮肤不仅能感知疼痛，还能同步分辨温度、湿度、滑动等多种刺激。此外，如何将痛觉信号与更高层级的认知决策系统深度融合，是人工智能与机器人学交叉领域的重要课题。随着类脑芯片技术的发展，NRE-skin有望实现从“感知—响应”向“理解—学习”的跃迁，最终构建出具备自我进化能力的智能感知体系，推动机器人迈向真正的类生命化演进路径。
香港城市大学研究团队开发的神经形态机器人电子皮肤（NRE-skin）实现了主动痛觉感知与损伤自检功能的融合，标志着机器人感知技术的重要突破。该技术通过高灵敏度传感器阵列与类脑信号处理单元，模拟人类神经系统的工作机制，实现毫秒级疼痛反馈与自主损伤识别，显著提升了机器人的环境适应性与运行安全性。NRE-skin不仅为智能机器人在工业、医疗及服务领域的应用提供了创新解决方案，也为未来人机交互系统的发展奠定了坚实基础。随着材料科学与类脑计算技术的进步，该项技术有望进一步优化并走向产业化，推动机器人向更高层次的智能化和类生命化方向演进。