首页 -> 2006年第1期
机器人的“五官”
作者：韩吉辰
（编 者）
对于机器人来说，“五官”是必不可少的，否则一个又聋又哑的机器人，还谈什么“人工智能”呢？科学家成功地研制出了“电五官”，就是各种传感器——能将外界各种刺激变成电信号的元件。在精密电脑的控制下，机器人才能上天入地，钻到海底，发挥极大的作用。
机器人的“眼睛”
——光电传感器
我们人类获取的外界信息，有90%以上是由眼睛获取的。每只眼睛有120万根视神经，比听、嗅、味、触觉神经的总和还要多，所以眼睛有“五官之首”的美称。
人眼必须在可见光照射下才看得见物体，因此眼睛就是一种对光有感觉的器官，构造就像一台照相机。
科学家要给机器人装上眼睛，首先要找到一些对光有感觉的材料，比如金属铷和铯，在光线照射下会产生电流，硫化铅在光的照射下导电能力会增加。利用它们制成“光电转换器”，再与电脑结合就形成了奇妙的电子眼。
在机器人的大眼球里装入微型摄像机，使外部景物源源不断反映到眼中，光电转换器相当于视网膜，对不同强度的光线产生相应的反映，这些电信号传入电脑，加以判断、识别，机器人就可以看见外界景物了。
“电子眼”不但能看到可见光，还可以看见红外线、紫外线，将它装入飞机或卫星上，能够日夜连续监视地面情报，甚至地下隐藏的情报，在农业、气象、环保、城市管理、 军事上有特殊的用途。
机器人的“耳朵”
——压力传感器
人的耳朵为什么能听到声音? 原来声音是一种振动波，传到耳中引起耳膜的相应振动，再传到大脑，就可以感知声音了。科学家根据人耳听声的原理，研制成了“电子耳”。研究人员发现了可用于制造电子耳的新材料，如天然材料石英、磷酸二氢钾等，当它们受到压力时会产生电压，仿佛成了一个小电池，压力不同产生的电压高低不同，这种现象叫“压电效应”。后来人工制成的一些材料，如钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅、铌酸钡钠等，都有“压电特性”，而且更为灵敏，更为显著，用手指轻轻敲一下这材料，两端竟可产生100伏的电压呢。利用这些材料制成压力传感器，与电脑结合就成了奇妙的电子耳。当声波传来时，由于振动会引起压力的不同，电子耳会将振动信号变成相应的电信号，传入电脑，就可使机器人感到外界的声音了，还能听到人耳听不到的超声波呢！
机器人有了听觉，用途很多。有一种用于探测粮食仓库害虫的电子耳，非常灵敏，当每2千克粮食里有1只害虫在悄悄爬动时，电子耳就能听到它的声音，并发出警报！在工业上可以连续测量气体和液体的压力、流量和形变等。有了听觉的机器人，就可以按照口头指令去执行任务，日本有一个智能机器人名叫“华鲍脱”，能听懂25条口令呢，这在高级办公室和护理病人时很有用。
还有一种精密的电子耳，不但能听懂口令，甚至能分辨出是谁在讲话！原来每个人说话的声音各不相同，正如每个人的指纹不同一样，使用这种能识别“声纹”的电子耳，制成“声纹电子锁”，当主人对这锁头说一句预定的话，锁马上自动打开，如果换一个人也说同样的话，锁头却无动于衷。有了这种锁，保险柜就更保险了。
机器人的“鼻子”
——气体传感器
人类能闻到各种气味是鼻子的功劳。经过特殊训练的鼻子可以分辨出几千种不同的气味呢，甚至几种混合的气体也能分辨出来。但是人类的鼻子有几个弱点：一是久闻会疲劳，原来各种香料挥发出的分子具有麻醉作用，“久闻”就会使嗅觉神经麻痹，不灵了！第二是人一旦伤风感冒，鼻子就会闭塞，什么也闻不出来了！第三是有些气味人的鼻子根本就闻不到！
要制造“电子鼻”，必须找到这样的材料：第一要能“呼吸”气体；第二又能随着呼吸气体类型的不同而改变自己的导电能力。人们找到了这种奇妙的金属，像二氧化锡、氧化锌、氧化钛等，能将这些复杂的、细微的变化记录到电脑中，利用它们便制成了气体传感器——“电子鼻”。
电子鼻能分辨气体的种类和浓度，有时比人鼻还灵敏，而且，有的气体比如一氧化碳(俗称煤气)，人的鼻子是闻不到的，而电子鼻却能感觉到。
有一种精密的电子鼻，其本领超过了猎犬和警犬，它能分辨出几百万种不同气味，成为人类的好助手，可以帮助猎人打野兽，也可以帮助公安人员搜捕坏蛋和搜查毒品。在军事上可以用来搜寻地雷等爆炸物。
机器人的“舌头”
——味觉传感器
要使机器人具有味觉感官，这可是一个难题。因为味觉最复杂，要把千变万化的味道转变成电信号，再由电脑去判断识别，相当不易！这也是“电五官”最后一个被攻克的课题。
日本科学家研制成功了味觉传感器，这是一种名叫DOPH的合成脂质薄膜,能辨别咸味、甜味、酸味和苦味，再与微型电脑相结合，就成为电子舌。在做菜时，将一个探测器伸进菜中和汤中，便可马上显示出咸淡程度、酸度数值以及糖分含量，很有实用价值。
还有一种号称“品味能手”的电子舌，这是一种多孔高分子膜，由经过特殊处理的蛋白质构成，有四种生物化学味觉传感器，它可以品尝鉴定酸、甜、苦、辣、咸及特殊味道，包括酒、咖啡、茶、饮料，可以品尝出是哪个厂家出品的，出厂时间及新鲜程度，据说甚至连矿泉水的真伪都可以辨别出来。
当然，这项“味觉传感器”科研课题还在深入进行之中。如果最后完全成功，那么，可以随时检测家中各种食品的味道和鲜度。
机器人的“皮肤”
——温度传感器和“触感器”
人类的触觉也十分复杂，可通过皮肤感知外界各种变化。现在有人把皮肤感觉称为“肤觉”，分为痛痒、干湿、冷热、触摸（软硬）四种基本感觉。每种感觉各在皮肤上占有不同的点。这些点的分布是不均匀的。在身体上不同的部位，各种感觉点的分布也各不相同。
现代机器人的“皮肤”主要有两方面的感觉：冷热和软硬。首先“皮肤”能感知外界的冷热，科学家研制成功热敏电阻，就是利用一种本身电阻值随温度变化而变化的材料制成的（大多数是由半导体材料制成），可以将外界的冷热变化输入电脑，使机器人有了冷热感觉。
这种温度传感器作用很大，比如在粮食仓库、果品仓库装上它，可以在温度升高或降低时及时报警，防止粮食果品发霉或受冻。将温度传感器和冷源、热源结合，就成了“恒温箱”，在空调器、电冰箱、电饭煲中就可使用它。
人的皮肤还有能感知软硬的触觉，有的高级机器人装上了“触感器”，可感知物体的形状和软硬。它由三层组成，中间一层尼龙网不导电，底层是密密麻麻的触点，与电脑相连，顶层是有弹性的导电橡胶，内外两层只有在压力作用下才能接触，并由相应的触点向电脑发出电信号,转换成完整的物体形状。另外，外界压力大小（软硬）不同，触点发出的电信号强度也不同，因此机器人可以感知物体的软硬粗细程度，从而发出相应的指令。这就是有的机器人能够拿鸡蛋、摘水果、挤牛奶的原因。
在当前的新技术革命浪潮中，传感技术更令人瞩目，一些先进国家将其列入新世纪十大重要技术之中。我国也多次举行规模盛大的学术会议，并展出了1500余种展品，充分显示了我国传感技术的成果和潜力。随着时代的发展，先进的传感技术将会更加完善，成为人类的好助手！