這項「仿人皮膚感觸及智慧化系統」，包括了「仿人皮膚感觸系統」與「人臉及表情辨識系統」兩項核心技術，即是針對仿造人體皮膚、並對於外界壓力與溫度的感知，以及藉由聲音與影像辨別人類情緒的功能進行開發，以增進伴侶機器人或服務型機器人與一般人的互動能力，甚至可應用在醫療和工業等不同領域的用途上。

人造皮膚能辨冷熱

　拍拍肩、握握手，感受到對方的友善或惡意，都是因為人體皮膚的觸覺感知發生了作用。當手裡握住一顆雞蛋時，就知道要如何施力才不會破；當氣溫下降時，就知道要添加衣物。假使喪失了眼、耳、鼻、舌等器官的功能，人類尚可存活，但要是皮膚無法感受觸覺與溫度，就等同失去了與環境協調的中介，無法判斷正確的環境狀態，也可看出皮膚在日常生活裡的重要性。

　因此仿人皮膚感觸系統的目的，就是要能在人工皮膚上設置感測器，達到對外界的壓力與溫度感應變化如同人體般的狀況。「仿人皮膚感觸及智慧化系統」計畫主持人、台灣大學機械系特聘教授范光照表示，雖然過去國內並沒有相關的投入，但是如日本、韓國、美國等國外的學校或研究機構，皆已對仿人皮膚進行研發，也給了計畫團隊一個較明確的研究指標。

　由台大團隊負責的仿人皮膚感觸系統，是以陣列（array）式的感測器為開發方向。首先是軟性基材的人造皮膚，除了觸感要像人的皮膚外，還需要具有可撓性與高柔軟度，才可安裝在不規則的機器人上，同時不影響感測器的功能。

　分別裝設在人造皮膚兩側的，則是外側的壓力感測器與內側的溫度感測器。由於感測器是影響感測反應與結果的關鍵，並且因原先所使用的材質效果不良，因此研究團隊特別自行以奈米碳纖及高分子材料混合調製新的壓電感測材料，大幅提升感應的準確率，這是一項重要的突破。另外，目前所開發的感測電路已可達32×32的陣列，並符合靈敏度、柔軟度、重複性、可靠度等各項要求。

　工研院機械所先進製造核心技術組微奈米結構成型技術部經理張復瑜表示，一般使用在機器人身上的感測器體積較大，解析度也較差，無法感受到細微的狀況變化；如果要做到正確的感知，就須以密布的方式，使得不同的位置有不同的感應與回饋，才可完整地控制及互動。

陪你哭陪你笑的機器人

　生活中總是充滿喜怒哀樂，觀察臉部的表情變化，以了解當時的情緒反應，亦是機器人與人互動時，所須要具備的能力。在人臉及表情辨識系統的部分，范光照指出，一般在機器人的視覺功能上，已可做到尋找人臉及分辨人物，但是在解讀人的情緒上，這項計畫卻也是頭一遭。由交通大學教授宋開泰領導的研究團隊，過去也著重在人臉辨識，這次透過「仿人皮膚感觸及智慧化系統」計畫，更進一步地跨入情緒辨識的領域。

　情緒辨識對於伴侶機器人，可說是格外地重要，也是互動的重要基礎之一。張復瑜解釋，以往在機器人身上無法做到情緒辨識，主要是因為沒有建立判斷情緒的方法；而在人臉及表情辨識系統的研發下，先在人的臉部設定14個特徵點，再藉由人的表情改變時，所帶動各特徵點的位移或偏離變化，以運算出目前的情緒狀態，並建立判斷情緒的邏輯與資料庫。

　在以CCD或CMOS擷取的影像之外，還可同時結合聲音的辨識，以提高判別的準確度。以計畫的實驗結果來看，合併聲音與影像後的辨識率，可高達87%，可辨別的情緒表情，也可多達生氣（Anger）、高興（Happy）、普通（Neutral）、傷心（Sadness）、驚訝（Surprise）等五種。

　此外，這套系統還可利用SVM（Support Vector Machine）演算法不斷學習、修正，尤其可提高對熟人的辨識率，達九成以上；而AAM（Active Appearance Model）還可在未取得正面表情或光線條件不同的狀況下，模擬計算出較為正確的表情變化，以進行分析。

　在獲得壓力與溫度的感測訊號，或是影像與聲音的資料後，透過嵌入式系統（embedded system）可以有線或無線（RFID）的方式，傳輸至智慧化系統中進行解讀與分析；並依照所設定的內容，指示機器人做出動作或發出聲音，達到最終人機互動的目的。未來甚至透過手機，就可進行傳輸與運算分析。

未來技術可多方應用

　范光照表示，經過兩年來三方密集的努力與合作，「仿人皮膚感觸系統」與「人臉及表情辨識系統」這兩項技術，讓機器人的外表可以不再是硬梆梆的，同時還能做情境分析、和人互動，並且在技術層次上，也已媲美國外的規格及水準。

　像是情緒辨識的部分，就曾受到俄羅斯科學院的注意，或許可用在理解太空人在外太空的狀態上。同樣地，若用在嬰兒身上，藉此獲知嬰兒的身心狀況，也是可能的應用方式之一。

　張復瑜以日本曾研發出的小海獅機器人為例，是第一隻宣稱具有療效的機器人，原因即在於可以與人類進行互動，讓老人們與機器人有行為上的往來，以及心理上的交流，防止身體機能退化。而機器人就好比真的有生命一般，有「人」的感覺，進入到人類的生活中。

　除了機器人的應用外，張復瑜認為在醫療領域也有很大的發展空間，因為「仿人皮膚感觸及智慧化系統」具有互動的機制，因此作為各種復健工具或按摩用品等開發，也是非常適當的，可以知道施力的大小與位置是否恰當。

　未來在技術的精進上，除了感測器還要更小、更快、更省電，以及壓電材質再改良之外，於現在的微感測器基礎上，再增加微致動器，還將會是一項研發的重點。

　范光照指出，目前的技術是屬於被動式的感測，如果再加上驅動的功能，就可成為主動式的感測與反應。這項技術在許多需要施加均勻壓力的工業製程中相當適用，當偵測到壓力不均時，就可驅動機器自動調整，也帶來更多的方便。