Human skin perceives physical stimuli applied to the body and mitigates the risk of physical interaction through its soft and resilient mechanical properties. Social robots would benefit from whole-body robotic skin (or tactile sensors) resembling human skin in realizing a safe, intuitive, and contact-rich human-robot interaction. However, existing soft tactile sensors show several drawbacks (complex structure, poor scalability, and fragility), which limit their application in whole-body robotic skin. Here, we introduce biomimetic robotic skin based on hydrogel-elastomer hybrids and tomographic imaging. The developed skin consists of a tough hydrogel and a silicone elastomer forming a skin-inspired multilayer structure, achieving sufficient softness and resilience for protection. The sensor structure can also be easily repaired with adhesives even after severe damage (incision). For multimodal tactile sensation, electrodes and microphones are deployed in the sensor structure to measure local resistance changes and vibration due to touch. The ionic hydrogel layer is deformed owing to an external force, and the resulting local conductivity changes are measured via electrodes. The microphones also detect the vibration generated from touch to determine the location and type of dynamic tactile stimuli. The measurement data are then converted into multimodal tactile information through tomographic imaging and deep neural networks. We further implement a sensorized cosmetic prosthesis, demonstrating that our design could be used to implement deformable or complex-shaped robotic skin.

中文翻译：

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使用电阻抗和声学断层扫描进行触觉传感的仿生弹性机器人皮肤。

人体皮肤感知施加于身体的物理刺激，并通过其柔软和弹性的机械特性降低物理相互作用的风险。社交机器人将受益于类似于人类皮肤的全身机器人皮肤（或触觉传感器），以实现安全、直观和接触丰富的人机交互。然而，现有的软触觉传感器存在一些缺点（结构复杂、可扩展性差和易碎），这限制了它们在全身机器人皮肤中的应用。在这里，我们介绍了基于水凝胶-弹性体混合物和断层成像的仿生机器人皮肤。开发的皮肤由坚韧的水凝胶和有机硅弹性体组成，形成仿皮肤的多层结构，具有足够的柔软性和弹性以提供保护。即使在严重损坏（切口）之后，传感器结构也可以很容易地用粘合剂修复。对于多模态触觉，传感器结构中部署了电极和麦克风，以测量由于触摸引起的局部电阻变化和振动。离子水凝胶层由于外力而变形，并通过电极测量由此产生的局部电导率变化。麦克风还检测触摸产生的振动，以确定动态触觉刺激的位置和类型。然后通过断层成像和深度神经网络将测量数据转换为多模态触觉信息。我们进一步实现了一个传感美容假体，证明我们的设计可用于实现可变形或复杂形状的机器人皮肤。对于多模态触觉，传感器结构中部署了电极和麦克风，以测量由于触摸引起的局部电阻变化和振动。离子水凝胶层由于外力而变形，并通过电极测量由此产生的局部电导率变化。麦克风还检测触摸产生的振动，以确定动态触觉刺激的位置和类型。然后通过断层成像和深度神经网络将测量数据转换为多模态触觉信息。我们进一步实现了一个传感美容假体，证明我们的设计可用于实现可变形或复杂形状的机器人皮肤。对于多模态触觉，传感器结构中部署了电极和麦克风，以测量由于触摸引起的局部电阻变化和振动。离子水凝胶层由于外力而变形，并通过电极测量由此产生的局部电导率变化。麦克风还检测触摸产生的振动，以确定动态触觉刺激的位置和类型。然后通过断层成像和深度神经网络将测量数据转换为多模态触觉信息。我们进一步实现了一个传感美容假体，证明我们的设计可用于实现可变形或复杂形状的机器人皮肤。离子水凝胶层由于外力而变形，并通过电极测量由此产生的局部电导率变化。麦克风还检测触摸产生的振动，以确定动态触觉刺激的位置和类型。然后通过断层成像和深度神经网络将测量数据转换为多模态触觉信息。我们进一步实现了一个传感美容假体，证明我们的设计可用于实现可变形或复杂形状的机器人皮肤。离子水凝胶层由于外力而变形，并通过电极测量由此产生的局部电导率变化。麦克风还检测触摸产生的振动，以确定动态触觉刺激的位置和类型。然后通过断层成像和深度神经网络将测量数据转换为多模态触觉信息。我们进一步实现了一个传感美容假体，证明我们的设计可用于实现可变形或复杂形状的机器人皮肤。然后通过断层成像和深度神经网络将测量数据转换为多模态触觉信息。我们进一步实现了一个传感美容假体，证明我们的设计可用于实现可变形或复杂形状的机器人皮肤。然后通过断层成像和深度神经网络将测量数据转换为多模态触觉信息。我们进一步实现了一个传感美容假体，证明我们的设计可用于实现可变形或复杂形状的机器人皮肤。