當(dāng)一個機(jī)器人在一片凌亂的桌面上摸索，它沒有眼睛，卻能從一堆水果里挑出來熟透的那個，能夠在黑暗中找到遙控器，能夠感知到杯子里的水是熱的還是涼的，也能使用手指分辨出一只杯子是金屬的還是塑料的，甚至能摸出它的表面是光滑還是粗糙的。還能感知到 0.07 毫米粗的頭發(fā)絲，還能準(zhǔn)確識別 26 個盲文字母，準(zhǔn)確率達(dá)到 100%。

這是清華大學(xué)深圳國際研究生院丁文伯教授和合作者打造的一款名為 SuperTac 的仿生觸覺傳感器，整個傳感器的材料成本不到1美元，具備大規(guī)模生產(chǎn)的潛力。

（來源：https://doi.org/10.1038/s44460-025-00006-y）

關(guān)于應(yīng)用前景，丁文伯告訴 DeepTech 所有需要精細(xì)化觸覺感知的場景都可以應(yīng)用。論文發(fā)表后，一家國內(nèi)大廠以及一些人形機(jī)器人廠商都主動聯(lián)系尋求合作，特別關(guān)注康養(yǎng)或居家場景中的柔性接觸和柔性交互。在科技部的一個青年科學(xué)家項目中，專家也提出能否將傳感器應(yīng)用在航空航天或核輻射等人員稀少、需要人工替代的場景。軍工領(lǐng)域同樣有潛在需求。

為了研發(fā)這款傳感器，他們從鴿子的眼睛里找到了靈感，鴿子能夠看到人類看不到的紫外吸納，還能感到到地球磁場。基于此，他們在 SuperTac 上集成了多光譜成像、摩擦電傳感和慣性測量等多種能力，厚度只有一毫米，能夠讓機(jī)器人像人類一樣感知物體的材質(zhì)、紋理、溫度、顏色，甚至能在接觸之前就感覺到物體的靠近。

SuperTac 的設(shè)計思路和傳統(tǒng)觸覺傳感器非常不同。以前的電子皮膚傳感器，要像提高分辨率就得密密麻麻低排布電極，信號會互相干擾，電路也變得極其復(fù)雜。后來，人們想到利用攝像頭來“看”觸覺，其實這就是視觸覺傳感器，即利用一個攝像頭拍下皮膚接觸物體時的變形圖像，再從中計算出來受力情況。

這種方法的分辨率較高，不過通常只能在可見光波段工作，感知能力較為有限。SuperTac 的創(chuàng)新之處在于，它把感知范圍從可見光擴(kuò)展到了紫外線、近紅外波段和中紅外波段。紫外線用來追蹤傳感器表面的變形和滑動，近紅外光用來捕捉物體的細(xì)微紋理，中紅外光則用來測量溫度。不同波長的光在傳感器內(nèi)部各司其職，互不干擾。

（來源：https://doi.org/10.1038/s44460-025-00006-y）

這個厚度只有一毫米的傳感皮膚一共有四層。

最外面是導(dǎo)電層，使用透明導(dǎo)電材料 PEDOT:PSS 制成，當(dāng)它與不同材質(zhì)的物體接觸時，會因為摩擦起電產(chǎn)生不同的電信號，由此可以分辨材質(zhì)。

第二層是反射層，它像一面單向鏡子，從有光的一側(cè)看是不透明的，從沒光的一側(cè)看卻是透明的，這讓傳感器能夠自由切換工作模式。

第三層是熒光層，在紫外光照射下會發(fā)出熒光，用來標(biāo)記傳感器表面的變形和位移。

最下面是支撐層，用硅膠做成可充氣結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)內(nèi)部氣壓來改變傳感器的受力范圍。

這套精巧的設(shè)計讓 SuperTac 能在指甲蓋大小的面積上，同時感知力、溫度、紋理、滑動、材料、距離、振動和顏色等十種信息。

（來源：https://doi.org/10.1038/s44460-025-00006-y）

測試數(shù)據(jù)顯示：

在力覺感知方面，SuperTac 的測量精度達(dá)到了 0.06 牛，位置精度為 0.4 毫米。

溫度測量范圍為 0 到 90 攝氏度，經(jīng)過校準(zhǔn)之后精度達(dá)到 0.25 度。

紋理識別準(zhǔn)確率為 98%，材質(zhì)分類準(zhǔn)確率為 95%，滑動檢測準(zhǔn)確率為 97%，顏色識別準(zhǔn)確率 100%。

在振動檢測方面，它能感知 0 到 60 赫茲的頻率范圍，碰撞檢測準(zhǔn)確率 94%。

摩擦電信號還能實現(xiàn)非接觸感知，在 0 到 15 厘米的距離內(nèi)就能提前感知物體的靠近。

（來源：https://doi.org/10.1038/s44460-025-00006-y）

為了讓機(jī)器人理解這些觸覺數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊開發(fā)了一個名為 DOVE 的觸覺語言模型，擁有 85 億參數(shù)。DOVE 可以處理 SuperTac 傳來的多模態(tài)觸覺信息，把它們轉(zhuǎn)化成自然語言描述。

當(dāng)機(jī)器人摸到一個黃色的、處于室溫的、表面有凸起紋路的金屬物體時，DOVE 會給出“黃色、室溫、表面有紋理、凸起、金屬質(zhì)感”。

它還能進(jìn)行推理，比如通過觸覺判斷兩個物體的顏色、溫度和紋理相似但是材質(zhì)并不相同，因此它倆是不一樣的。在垃圾分類演示中，機(jī)器人通過觸摸就能判斷桌上的物體到底是可回收物、可重復(fù)使用物還是普通垃圾。

在工業(yè)制造中，這種機(jī)器人可以使用手指來感知零件表面的微小瑕疵，或者精準(zhǔn)抓取易碎的電子元器件。在醫(yī)療領(lǐng)域，手術(shù)機(jī)器人可以觸摸到組織的硬度變化和溫度變化，幫助醫(yī)生判斷病灶。在家庭服務(wù)中，它甚至能夠幫助盲人觸摸屏幕上的信息，通過觸覺反饋來閱讀文字。

圖 | 丁文伯（來源：受訪者）

為了驗證傳感器的耐用性，研究團(tuán)隊進(jìn)行了 8 萬次反復(fù)接觸測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn) SuperTac 的信號輸出始終保持穩(wěn)定。紫外熒光標(biāo)記在連續(xù)照射一周后也沒有出現(xiàn)褪色。不過，目前 SuperTac 的尺寸有點偏大，只能裝在機(jī)器人的手掌上，還不能裝到指尖。研究團(tuán)隊正在推進(jìn)小型化工作，希望未來能讓機(jī)器人的每一根手指都能搭載這樣一款觸覺皮膚。

在產(chǎn)業(yè)化方面，丁文伯表示傳感器領(lǐng)域非常愿意與產(chǎn)業(yè)界合作。他個人的背景交叉，既有材料也有通信和信號處理，這讓他更關(guān)注傳感器應(yīng)該產(chǎn)生什么樣的信號、多模態(tài)信號怎么融合。

在具身智能和大模型時代，觸覺被認(rèn)為是具身智能最重要的環(huán)節(jié)之一，觸覺需要什么樣的數(shù)據(jù)是丁文伯比較關(guān)心的問題。傳感器方面他更愿意與頭部企業(yè)合作。不過他的團(tuán)隊也已經(jīng)孵化了一個名為無界智航的企業(yè)，更專注于未來具身智能需要什么樣的數(shù)據(jù)，以及傳感器該有什么樣的性能。

參考資料：

相關(guān)論文https://doi.org/10.1038/s44460-025-00006-y

運營/排版：何晨龍

注：封面/首圖由 AI 輔助生成