“触觉皮肤”让『机器人』️“下手知轻重” 亚毫米级触觉传感器突破
触觉是人类感受世界的重要方式，但『机器人』️的触觉一直不够敏感。机械手握瓶子时，用力轻了握不住，用力重了很可能一下子捏爆，这成为『机器人』️在实际应用中的痛点。不久前，港科大（广州）訾云龙教授团队在国际顶尖期刊《先进材料》上发表了最新研究成果，成功研制出全球首个亚毫米级分辨率的双模态触觉传感器阵列。该技术首次实现了对物体表面软硬度分布的精细触觉感知，使『机器人』️获得了接近人类指尖皮肤的感知与辨析能力。
近期，广州科研机构与科技企业在『机器人』️的软硬件领域都取得了一系列突破。2024年，訾云龙团队研制出了第一代双模态触觉传感器阵列，并在期刊《科学进展》上发表相关成果。当时，该传感器阵列的材料种类识别率达99.4%，材料软硬度识别准确率达100%。然而，阵列中单个触感器的直径达5毫米级，无法在『机器人』️手指的狭小面积上进行高密度阵列排布。经过一年多的努力，团队终于将传感器直径从5毫米降低至0.35毫米。
实现这一跨越离不开团队脚踏实地的努力和学校跨学科的融合互助。传感器尺寸每缩小一步，工艺难度便呈指数级增长。传感器阵列要做到平面与曲面的精密结合，团队需要将上百个亚毫米级的微型传感单元排列整齐，每个单元都要独立连接压电与摩擦电两层信号线，总计两百余根导线，绝不能互相干扰。为了找到适合制造微柱阵列基底的材料，团队迭代了十几种配方，经历了上百次失败。最终，团队通过将皮秒紫外激光精密加工与高精度3D打印等尖端制造技术进行创新融合，攻克了相应的工艺集成难题，成功实现了触觉传感器单元的微型化。
实现这一突破后，团队积极推动成果落地转化。目前，触感器阵列已有众多应用方向。将来，人形『机器人』️走入家庭，特别是实现照护老人小孩、做家务等功能，拥有触感器阵列的『机器人』️不再“毛手毛脚”，而是“抓稳扶好”卧床老人。如果想让人形『机器人』️拿香蕉或水杯，也不用担心它会捏烂或捏碎；让『机器人』️做家务，也不用担心它握不住拖把。触感器阵列还能用于产品的溯源与防伪。在产品设计时，厂商可制作一个独特的物理指纹，这样，装有触感器阵列的专业设备或『机器人』️一摸，便能读取信息，真假立判。在产品分拣上，触感器设备也可以发挥作用。例如，水果的软硬度往往代表它的成熟度，装有触感器的『机器人』️可以从一堆水果中精准挑出成熟度最佳的一颗。在工业领域，相关设备或『机器人』️也可以采用合适的握力，对工具进行操控。在医疗健康领域，触感器设备还有望应用于内窥镜，通过感知身体内部组织硬度的细微差异，为早期诊断提供线索。
未来，团队还将进一步升级触感器阵列的功能，希望它能有更多方面的触觉感知，如对物体表面粗糙度、温度、滑动等的感知。团队还在研究触觉反馈模拟，并有望应用于虚拟现实领域。人体有视觉、味觉、触觉、听觉、嗅觉，但在虚拟现实领域，目前能够感受到的仍只有视觉和听觉，如果能增加触觉感受，将有望进一步提升虚拟现实的体验感。此外，触觉模拟反馈还有望帮助安装假肢的残疾人，通过对假肢的改造，结合对神经方面的研究，可以让残疾人的假肢模拟出正常的触感，并反馈到他们的大脑，让他们用假肢摸到一样物体时，产生和正常人一样的感受。
实验室内，訾云龙展示了团队研发的双模态触觉传感器阵列。在一个7mm×7mm的正方形上，密密麻麻地安装了100个直径仅0.35毫米的触觉传感器，形成一块传感器阵列，下方则依次为摩擦电层和压电层。装上这套阵列后，『机器人』️便可以精细感受物体表面的软硬程度。以往『机器人』️触觉传感器通常只检测压力，但人的触觉构成远不仅是压力，还包括物体的粗糙度、软硬度、温度等。团队的目标就是要让触觉传感器向人类的手指皮肤功能靠拢，第一步的攻关方向就是让它先能感知物体的软硬度。物体受压后，会因表面软硬程度不同，产生不同的变形。接触面积的变化会反映出不同大小的摩擦电信号。持续采集该信号，就会形成一条变化曲线，再结合同一时间压力产生的压电信号变化曲线，就可以判断物体表面某个点位的软硬程度。人类指尖每平方厘米分布着约240个触觉感受器，能同时捕捉压力、纹理、软硬等多维信息，形成精准的“触觉画像”。『机器人』️也可依靠高密度的触觉传感器阵列和相关算法来实现这一功能。传感器做得越小，排布越精细，阵列的“触觉”就会越灵敏。
近日，由广州瑞松科技旗下子公司——广州瑞松『机器人』️技术有限公司研发的高精高速『机器人』️（PLR『机器人』️）正式开始批量化生产。该『机器人』️有望为我国『半导体』、超精密制造等领域提供重要支撑。PLR『机器人』️目前已通过国家『机器人』️评定中心的权威检测，可在特定范围内达到1微米以内的精度，且操作稳定性好。刘益现场展示了该『机器人』️进行软排线智能化插装的过程，只见『机器人』️的机械手在六轴驱动下，快速将软排线对准、插装完成。每台手机、电脑或者车载屏，只要打开它的屏幕，就能看到一条连接用的软排线，以往，软排线的插装工序都要依靠工人手工操作，现在使用『机器人』️操作，大大提升了工厂的生产效率。2025年5月，公司的首台高精高速『机器人』️交付我国某显示面板龙头企业进行严格的现场测试，其稳定性和精准度成功通过了客户严苛的工艺验证。目前，该产品已成功获得多家3C行业头部企业认可并取得合作订单。除了软排线插装，该『机器人』️还可以进行智能化光纤装配，打破了长期以来依赖手工装配的光纤制造产业现状，并已通过国际头部企业的工艺验证。PLR『机器人』️采用多连杆并联机械结构及多任务实时嵌入式协调控制技术，可实现6个自由度的复杂姿态控制，具备高刚性、高速度及微米级重复定位精度等突出优势。并联结构使受力均衡，轻量化运动部件配合高性能驱动器，速度可达2.2m/s，实现0.8μm级别的重复定位精度。通过成功对PLR并联『机器人』️核心技术实现消化吸收与自主转化，公司已掌握了高精高速运动控制算法和模块化设计等关键技术，还成功构建了完全自主的研发体系与生产能力，实现了从核心算法、嵌入式控制器到精密机械本体的全链路技术掌控。
