感知传感器是人形机器人迈向智能化的基础,而触觉传感器则是感知传感器中重要的信息源。
人形机器人的“感知觉醒”正重塑全球智能制造格局。作为机器人与物理世界交互的核心界面,触觉传感技术不仅决定了机器人操作精密器械、手部抓取等精细化动作的完成度,更直接影响其环境适应性与自主决策能力。
特斯拉曾在社交网站公布了一段有趣的视频,其二代机器人灵巧手指尖配有触觉传感器,机器人先用左手的大拇指和食指抓取鸡蛋,然后传递给右手,右手的食指和拇指接到鸡蛋后将鸡蛋放到托盘上。一段看似简单的动作,隐藏“绝活”多多:
精准控制力度:依靠触觉传感器反馈,力控恰到好处,双指捏起但不捏碎鸡蛋;
软硬件协同升级:机器人“大脑”能自主决定何时加力、何时减力,并指导灵巧手进行操作,执行装置可以精准完成大脑下达的命令并连贯完成动作。
特斯拉搭载触觉传感器的二代机器人手握鸡蛋
触觉传感:人形机器人“感知革命”与仪器行业技术共振
触觉传感器本质上是将接触面形状、压力、摩擦力、温度等信息进行感知识别和转换的传感器,其组成部分包括电极、敏感材料和导电材料等。按照敏感元件原理,触觉传感器可分为压电式、压阻式、电容式、摩擦电式、电感式、光纤式等。
仪器仪表厂商在高精度测量、多物理量感知、信号处理算法等领域积累了深厚的优势,同时,国内在PCB制造、MEMS封装等产业配套上具有较高的成熟度,使得科学仪器、仪表等厂商切入人形机器人产业需求顺理成章。
根据 QYResearch 数据,2024 年全球触觉传感器市场规模达 22 亿美元,预计2030年将突破34亿美元,年复合增长率 7.6%。这一赛道的爆发,本质上是仪器仪表行业技术迭代与人形机器人产业需求的深度耦合,国产仪器仪表厂商利用现有技术积累参与到机器人产业的庞大产业链,具有丰富的想象力空间。
指尖触觉传感器阵列
国内仪器厂商突围:从“跟跑”到“领跑”
当下,触觉传感器有两种主要的技术路线:MEMS、柔性触觉传感器。基于这两种路线,国内仪器仪表企业正通过“材料创新-工艺升级-场景深耕”快速迭代能力,以及多元化的技术路径,实现后来居上。
MEMS技术结合了微电子技术和微机械加工技术,具有体积小、功耗低、集成度高、成本低和效能高等特点。基于MEMS技术的优势,压电式、压阻式、电容式、光电式、电感式等五类不同的触觉传感器都或多或少应用了这个技术路线。这也是国内仪器仪表厂商重点发力的领域。
从材料工艺创新到技术突破,再到应用场景延申,国产厂商已取得显著进展。
帕西尼感知科技研发的多维度多阵列高精触觉传感器是其中的代表, 其TORA-ONE仿生灵巧手双手搭载近2000个自研高精度ITPU多维触觉传感器,可在超高分辨力下进行15种多维触觉感知。
北京康斯特仪表科技的MEMS微针阵列触觉芯片(针尖直径5μm),突破传统硅基工艺限制,可实现0.01N级微力检测,据悉已获得国际大厂机器人订单。
从现有的MEMS技术路线产品来看,国内厂商在压阻式、电容式、压电式、磁电霍尔效应、光学式等多种技术路线上均有布局,且已达到国际先进水平。
一款阵列式触觉传感单元
柔性触觉传感器则具备类似于人类皮肤的柔韧性,可以适应任意载体形状,更利于测量物体表面受力信息、感知目标物体性质特征,目前正处于研发和小批量应用阶段。
目前,柔性触觉传感器高端产能被国外大厂占据,市场格局较为集中。根据QYReaearch数据,全球柔性触觉传感器市场主要被海外企业占据,全球排名TOP5的厂商主要包括Novasentis、Tekscan、Japan Display Inc. (JDI)、Baumer、Fraba,合计占有大约57.1%的市场份额。国内企业主要包括汉威科技、钛深科技等。
汉威科技基于柔性压电材料(PVDF)开发的触觉传感薄膜,厚度仅0.1mm,可贴合复杂曲面,灵敏度达0.01N级,目前已应用于优必选Walker S灵巧手指尖,可实现压力分布实时反馈。
汉威旗下苏州能斯达采用纳米敏感材料体系,推出了柔性压阻式触觉传感器,支持大面积阵列设计(100×100单元),空间分辨率达0.5mm,在工业机器人夹爪中可实现±0.2N力控精度。
从总体态势上来看,国内仪器厂商在柔性触觉传感器领域已基本形成“雁型”阵列。
一款柔性触觉传感器
人形机器人应用延伸:仪器厂商新的增长蓝海
采用触觉传感器的机器人应用场景随着技术的不断成熟,已经越来越广泛。从工业制造到家庭服务,再到医疗康养、物流仓储、消费电子,不断延申,产业规模也越来越大。
工业制造领域
安培龙陶瓷基触觉传感器(量程0.1-200N)集成于节卡机器人灵巧手,支持多维力反馈,实现±0.05N级精密焊接,良品率提升至99.3%;
物流仓储领域
华培动力薄膜压阻式传感器(量程0-50N)部署于海康机器人AGV抓手,通过触滑觉双模感知降低易碎品破损率至0.2%;
医疗康养领域
中科院苏州医工所联合汉威科技开发的仿生电子皮肤,集成压力、温度、湿度三模态感知,在301医院完成200例腹腔镜手术测试,操作精度达0.1mm;
消费电子领域
帕西尼DexH5灵巧手集成180个自研触觉单元,支持捏合鸡蛋(0.5N)、握笔(0.2N)等精细动作,且已进入特斯拉Optimus供应链。
随着技术的不断发展,触觉传感器在性能、成本、应用等方面也都将不断取得突破,目前已工业领域为主的应用场景扩展到日常消费场景,想象力空间更加广阔。
人形机器人应用场景越来越广泛
综上,国内仪器仪表厂商在触觉传感器领域已实现从材料、工艺到场景落地的闭环突破,尤其在MEMS等方向达到国际先进水平。汉威等大型企业通过差异化技术路线抢占工业与医疗市场,国内仪器通过独特技术创新深耕细分领域实现后来居上。
在加速国产替代的进程中,如果能重点突破核心材料实现自主可控、量产良率提升及多模态融合算法优化,以应对人形机器人规模化应用需求,仪器仪表厂商的产品应用也会迎来新的增长蓝海。
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