觸覺傳感器是實現人形機器人智能感知和人機交互的核心器件。觸覺傳感器將觸覺刺激轉換為電信號送入人形機器人控制器,為人形機器人感知外界環境提供豐富的信息,如物體尺寸、形狀、紋理、剛度、溫度等特性,還能提供與他人的力觸覺交互。
柔性觸覺傳感器又可稱為“電子皮膚”,能夠實現與環境接觸力、溫度、濕度、震動、材質、軟硬等特性的檢測,是人形機器人直接感知環境作用的重要傳感器,同時可以讓人形機器人的外觀、表情及動作更像人類。
觸覺傳感器作為人形機器人傳感器體系中的重要組成部分,其市場需求將隨著人形機器人應用場景的拓展而不斷增長。當前全球觸覺傳感器的市場規模正在不斷擴大,預計未來幾年將保持高速增長。目前,國內有華威科、他山科技、帕西尼感知、盈連科技、鈦深科技等企業在機器觸覺領域做了大量布局。
(1)華威科
華威科圍繞高性能柔性電子皮膚設計制造和機器人操作穩定性監測等難題開展了大量研究,提出了高靈敏度大面積電子皮膚設計制造新原理,突破了電子皮膚傳感系統集成、多元傳感信號融合與處理等關鍵技術,研制的機器人觸覺感知電子皮膚的靈敏度、響應時間與空間測量能力等技術指標,均達到國際領先水平。
華威科電子皮膚器件結構
針對電子皮膚感知功能單一的局限,首次提出了電容與摩擦電耦合的新型雙模態感知方法,使得機器人電子皮膚具備了感知壓覺、接近覺、物體輪廓、硬度等多種物理信息的能力,極大地拓展了電子皮膚的感知范。針對機器人電子皮膚感知能力不足的現狀,研究團隊基于生物微小感知結構對外界刺激的響應機制,提出了仿生增敏觸覺感知新結構,傳感靈敏度達9484.3 kPa-1,檢測極限低至0.13 Pa,均為國際領先水平;將該高性能電子皮膚與機器人靈巧手集成,在國際上首次實現了機器人穿針引線的靈巧操作,并首次實現對切割不同生物組織時微小接觸力的準確檢測,解決了手術機器人缺少微小接觸力感知的國際性難題。公司致力于打造柔性傳感領域工藝、機理、材料、裝備制造IDM制造模式。
公司目前圍繞人形機器人觸覺感知系統,開發了靈巧手指尖觸覺,結合觸覺傳感器,視觸融合,實現復雜場景下的靈巧抓取;電子皮膚賦予人形機器人整體仿生觸覺感知能力,進一步提升人形機器人情緒識別,人機交互能力;智能足,結合足底電子皮膚優化人形機器人在不同步態下的靈活移動。
華威科電子皮膚應用
目前在研的產品為柔性多模態觸覺感知與人機交互技術研發項目,主要研發人形機器人柔性多模態感知皮膚,構建大面積多通道觸覺傳感陣列,建立神經網絡算法,實現感控一體化。具體產品形態為一種以大面積、多形狀的柔性多模態感知皮膚,與特定場景集的智能硬件結合的整套具身智能的人形機器人視觸覺電子皮膚。主要應用于人形機器人肢體、面部胸腔等大面積需要部署智能皮膚的位置。
(2)他山科技
他山科技產品主要為觸覺傳感器、芯片、電子皮膚等,在人形機器人方向更多屬于傳感器類中的觸覺傳感器。
在機器人技術領域,他山科技作為創新的先鋒,成功打造了全球首款專為觸覺感知設計的AI芯片,標志性地將邊緣側類腦計算技術搭載的芯片與觸覺傳感技術相結合。這項突破性的成就不僅推動了觸覺傳感器在機器人應用中的商業化步伐,而且在全球范圍內樹立了新的技術標桿。
他山科技的觸感技術發展路徑是源自自主研發的R-SpiNNaker分布式類腦芯片架構,該架構能夠精確模擬人類的神經系統,包括傳入神經、中樞神經和傳出神經的功能。借助三維空間電容層析算法和四核脈沖神經網絡的結合,該觸覺傳感器實現了前所未有的高精度觸覺感知能力,包括非接觸式手勢識別和材質辨識等復雜功能。
目前他山科技已經研發出三種型號的觸覺感知芯片和觸覺傳感器,覆蓋從機器人到消費電子、家電,乃至汽車領域的廣泛應用。首款觸覺傳感器已經進入生產階段,預示著在不久的將來,基于這項技術的觸控感應解決方案將被廣泛應用于多個行業。