仿生毛发情感触觉感知人工智能界面

为什么要教会机器触摸

我们常常从别人触摸我们的方式判断他们的感受：轻拍、紧张的推搡、缓慢而安抚的抚摸。如今的机器人和智能设备能看能听，但大多错过了这一丰富的情感通道。本文介绍了一种新型柔软的毛发电子皮肤，让机器不仅能感知被触碰，还能感知触碰的情感内涵，从而开启人与人工智能之间更温和、更自然的互动。

一种新型的人工毛发皮肤

研究人员制造了一种称为 BioAI2 的柔性传感器，模仿哺乳动物皮肤上的细毛。在动物体内，缠绕在毛根周围的微小神经末梢能检测轻柔的触 strok 并发送与舒适和社会联结相关的信号。BioAI2 借鉴了这一构想，在一层薄而高度均匀的导电网格上覆盖了一丛柔软的硅胶毛。当手指掠过毛发时，毛发弯曲并回弹，产生短暂的电脉冲，无需电池或外部供电。这些脉冲携带有关触点位置、触力大小和移动速度的信息，类似于我们自身触觉神经纤维发出的信号。

从温柔的抚摸到类脑信号

器件在表层下依赖于一种简单的物理效应：当两种不同材料接触和分离时，微小电荷在它们之间转移。随着手指滑动，人类皮肤与硅胶毛发生电荷交换，底层网格将这些变化收集成一列尖锐的电尖峰。通过精心设计两种不同高度和间距的毛发，团队使传感器对轻微力非常敏感，同时仍能应对较强的按压。他们发现电尖峰的速率会随着抚摸速度在某个“最佳区间”内上升，然后再次下降，这与某些人类触觉神经对触感速度的最佳响应相吻合。这使得输出不仅是技术信号，而是对我们身体如何编码愉悦触感的直接模拟。

同时感知力、位置与运动

不同于许多早期仅在固定点测量压力的触觉传感器，BioAI2 能从单张薄片中读取触摸的多个方面。四个角落的电极收集到的脉冲，其强度和时序随手指落点和移动方式而变化。研究人员开发了一种基于平滑“等值线”曲线的数学映射方法，即便是靠近边缘的触摸也能在大面积上被非常准确地定位。毛发形成的尖脉冲还使得每个脉冲在时间上非常短，从而让系统能区分来自多根手指的重叠触摸并重建复杂路径，例如在表面上画出的字母或形状。

教机器从触摸中读出情感

为将这些模式与人类情绪关联，志愿者观看旨在触发积极、中性或消极情绪的影片片段，然后在毛发表面上做日常动作，如抚摸、敲击和拍打。该设备记录了数千个样本，团队将原始信号转换为色彩丰富的时频图像，并添加了抚摸速度和力度指标。深度学习系统学会识别手势类型及其背后的情感基调。在不同个体之间，该系统几乎始终能正确识别手势，并以超过80%的准确率标注情绪状态，表明触摸中的情感线索可以从这种人工皮肤中解码。

用机器人闭合情感回路

最后，研究人员将毛发皮肤与一只机器狗和一个类似现代聊天机器人的大型语言模型结合。皮肤感知主人抚摸机器狗的方式，同时语言模型接收诸如情境和人与机器关系等额外上下文信息。二者协同选择合适的表达动作，如跳跃、休息或蹭靠，以匹配检测到的情绪。这就形成了一个完整的回路：人通过触摸表达情感，机器解读触摸与情境，然后以情感合适的方式作出回应。

这对未来人机关系意味着什么

这项工作表明，一层薄而柔软、覆盖毛发的电子皮肤能够将微妙的触摸模式转化为机器可用于感知我们情感的信号。将这种传感器与现代人工智能相结合，机器人和设备可以超越僵硬的按键交互，走向更像抚摸宠物或牵手时那样的安慰式互动。尽管该系统仍需更大面积的表面、更多数据以及诸如温度等其他感知来完全匹配人类触觉，但它指向了一个未来：技术能通过触摸对我们的情绪状态做出响应，使数字伴侣、辅助机器人和治疗工具显得更具人性化意识与支持性。

引用: Hong, J., Xiao, Y., Chen, Y. et al. Biomimetic hairy affective-touch sensory AI interface. Nat Commun 17, 4146 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70334-1

关键词: 情感触摸, 电子皮肤, 人机交互, 触觉传感, 情感识别