制造行业、专业服务部门和医疗保健越来越需要人与机器人的物理互动，这就需要人与机器之间的沟通。
机器人需要能够预测人类行为和识别意图，这就需要柔性超材料，更具体地说，需要具有高度集成的电子设备的扁平超表面天线，以便对近距离环境进行感知。
弗劳恩霍夫高频物理与雷达技术研究所（ FHR ）与欧盟发起的FITNESS项目中的六个合作伙伴合作开发了这种表面，可以像自适应智能皮肤一样覆盖机器人。配备这种超地天线的机器人将能够更精确地扫描其近场环境，并更有效地与远场的基站进行通信。
机器人尤其在工业制造中发挥着越来越重要的作用，随着这一趋势，人与机器人之间的物理交互已经成为帮助提高生产过程效率的关键技术。
在开发人机交互时，工人的安全是最重要的。这就是FITNESS（Flexible IntelligenT NEarfield Sensing Skins）项目的意义所在。该项目旨在通过集成电子的创新电磁超材料表面形式的智能天线，优化人与机器之间的通信和互动。适用于发射表面波的柔性、可伸缩的亚表面天线预计比常规天线更有效地扫描其近场周围环境，从而提高人类安全和机器人性能。来自工业和研究部门的其他六个合作伙伴正在与弗劳恩霍夫FHR合作开展该项目:法国国家科学研究中心（CNRS）、eV-Technologies，汉堡理工大学（TUHH）、鲁万天主教大学（UCLouvain）、萨格勒布大学电气工程和计算学院以及L-该项目由比利时卢旺大学协调，并由欧洲联盟提供资金。
智能天线蒙皮
亚表面天线是扁平的天线，集成在膜状基板上，适应机器人的轮廓。由于它们的扁平结构，这些天线可以弯曲和伸展，像皮肤一样包裹着机器人。或者，例如，根据应用，它们也可以仅定位在机器人手臂上。这就是它们被称为“智能皮肤”的原因。
“我们未来的天线解决方案的独特之处在于，它能够扫描近场环境并检测运动，同时还能够熟练地与车间基站进行无线电通信，”弗劳恩霍夫FHR的3D-Print高频系统组经理Andrej Konforta说。“目前为止，市场上还没有其他类似的解决方案。”
小几何，高自由度
研究人员的目标是开发新的、创新的天线解决方案，以实现波束形成，该过程用于电子控制天线的辐射特性。其结果是，可调电磁波束始终朝向基站，保证了更强、更稳定的信号，并增加了机器人的航程。迄今为止，波束形成通常由所谓的“相位阵列”支持。“在相控阵中，许多天线作为一组连接在一起。每个单独天线元件的相位是可变的，这使得有可能影响阵列所面对的方向，”孔福塔解释道。该技术以前主要用于军事领域。在传统的天线阵列中，天线元件及其电子元件紧密地排列在一起。这会产生高昂的成本，大量的废热，以及错误的易感性。另一方面，亚表面天线可以使用显著精简的电子器件来设计，而不会失去传统配置的特性。新概念有助于降低成本，实现更小、更紧凑的结构。“对于超材料表面，我们正在追求一种新的设计理念，允许非常小的几何形状在发射场的设计中具有高度的自由度，同时也能最大限度地提取手势信号，”康福塔说。
为机器人开发新的天线基板
天线通常集成在刚性微波衬底中。也有可以拉伸的材料，因此提供了高度的柔韧性。然而，这些柔性衬底的损耗太高:正如弗劳恩霍夫FHR研究人员开发的测量技术所显示的，它们在高频范围内不能发挥最佳性能。这意味着市场上现有的常规基片不适合传输高频信号。
基于Fraunhofer FHR的发现，TUHH正在开发新的基材，作为FITNESS项目的一部分。应用聚合物物理研究所（IAPP）正在使用聚合物混合物和聚合物与集成的陶瓷颗粒合成可能适合高频的可拉伸材料。随着项目的推进，这些材料将由Fraunhofer FHR进行测试。目前正在根据初始结果对现有的测量装置进行优化，并扩展到其他频带，同时正在开发最终装置的软件。同时，项目合作伙伴正在研究可拉伸表面的变形如何影响其在近地和远地领域的性能。长期计划要求自校准亚表面天线，自动识别其曲率和形状，以确保最佳信号接收并防止通信问题。
应用领域
除了生产环境中的机器人技术，项目合作伙伴还认为医疗工程和机器人技术是潜在的应用领域。智能皮肤形式的亚表面天线可以帮助辅助机器人等设备更准确地识别手势，并与人类进行更多互动。这种技术在消防个人防护装备和航天服方面也有潜在的用途。
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