henry 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI
香港城市大学研究团队开发出新型神经形态机器人电子皮肤（neuromorphic RE-skin，NRE-skin），使机器人具备类人“疼痛感知”能力。
NRE-skin模仿人类神经系统，采用分层神经形态架构，触觉信号在皮肤内部即完成初步处理与脉冲编码，无需上传至中央处理器。
三大核心能力
- 高分辨率触觉感知：精准采集并编码压力强度与空间位置信息。
- 主动保护机制：内置局部反射回路，实现毫秒级疼痛响应与损伤识别。
- 模块化快拆设计：支持受损单元快速更换，提升系统可维护性。
该研究为触觉反馈算法与柔性硬件设计提供了新范式。
把触觉转成“神经脉冲”
NRE-skin摒弃传统模拟信号采集方式，直接将触觉刺激转化为类神经元脉冲信号。
其硬件设计实现“传感器即神经元”：每个压力传感器集成微型振荡电路；压力越大，电阻变化越显著，脉冲发射频率越高，实现压力强度→脉冲频率的直接编码。
每个传感器还配备独特的无源元件组合（R/C），形成唯一“位置指纹”，使脉冲在形状、宽度或幅度上具备空间可辨识性。
由此，“频率-强度、特征-位置”双轨编码机制，将复杂触觉信息高效压缩至单一传输通道。
分层（Hierarchical）处理结构
NRE-skin采用四层仿生结构：封装层、传感层、电路层、基底层，对应人类皮肤的角质层、表皮层、真皮层与皮下组织。
其中，电路层为核心处理模块，内建人工感受野网络，模拟生物神经信号的渐进降维过程，实现数据流简化与层级筛选。
电路层细分为五大功能单元：
- 疼痛中心：实时评估脉冲频率，判断是否超阈值；
- 特征中心：识别信号来源模块；
- 信号整合器：合并多路输出；
- 脉冲发生器：生成标准化脉冲序列；
- 连接器：对接外部皮肤模块。
主动疼痛感知与局部反射
当压力超过预设阈值，疼痛中心触发类脊髓反射机制，绕过中央处理器，直接驱动执行器作出缩回等保护动作，响应延迟达毫秒级。
损伤自检与模块化维护
系统通过持续监测传感器周期性“活脉冲”状态实现自检；脉冲中断即定位损伤点，结合快拆结构，大幅提升维护效率。
NRE-skin不仅是高性能电子皮肤，更是一种具备自主感知、实时决策与自我保护能力的仿生智能系统，为安全、拟人化人形机器人提供关键底层支撑。
论文第一作者高育育为香港城市大学博士后，研究方向聚焦触觉感知与柔性电子；本科与硕士毕业于西南交通大学，博士毕业于香港城市大学。
https://arstechnica.com/science/2025/12/researchers-make-neuromorphic-artificial-skin-for-robots/?comments-page=1
[2] https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2520922122