触觉是人类感受世界的重要方式，但机器人的触觉一直不太“敏感”。机械手握瓶子，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面临的痛点。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》（《AdvancedMaterials》）上发表了最新研究成果，团队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。本期《科技周刊》，我们前往科研一线一探究竟。
科研攻关
将传感器直径降至亚毫米级
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》（《ScienceAdvances》）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%。美中不足的是，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。
“我们的指纹间距大约在1毫米以内。传感器要做到这个尺度以内，才能感知如指纹般精细的纹理。要想让机器人的手指拥有人类识别软硬的功能，传感器的直径必须降低到亚毫米级。”訾云龙介绍，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。
触觉传感器
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。据介绍，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。
团队在材料选择与工艺调试上煞费苦心。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，从热固化到光固化，经历了上百次失败。“在港科大（广州），我们不仅要以科学家思维发现问题，提供解决方案，更要以工程师思维交付‘实际可用的样品’，让科研与工程贯通，才能让实验室的研究成果走向真实的应用场景。”訾云龙说。
港科大（广州）跨学科的环境为这场精密攻坚提供了关键支撑。由于团队成员多为材料学背景，通过学校跨学科的学习与协作，他们补全了微电子等相关知识，并与人工智能、智能制造等领域的师生紧密合作，不断优化传感器设计，逐步实现了从宏观器件到微米级器件的跨越。
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，完成了亚毫米级分辨率双模态智能触觉传感器的关键跨越。
科研应用
让机器人不再“毛手毛脚”
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。
据介绍，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。
工艺调试煞费苦心。（受访者供图）
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。
未来方向
让触感器感受粗糙度和温度
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。我们会试着集成这些功能，让机器人产生更像人的触觉”。訾云龙说。
此外，团队还在研究触觉反馈模拟，并有望应用于虚拟现实领域。訾云龙介绍：“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。如在虚拟现实中呈现的一些精美文物，我们不仅可以看、可以听、可以亲手触摸，还可以通过给表皮提供一个微电流，来模拟触觉的反馈。”
訾云龙表示，未来，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。这样他们用假肢摸到一样物体时，有望产生和正常人一样的感受”。
机器人的“触觉”是怎么产生的？
关键部件
双模态触觉传感器阵列
实验室内，訾云龙向记者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，“一根香蕉是真是假，可以轻易逃过机器人的视觉检测，却逃不过装上传感器阵列后的手指。”
1.让机器人感知软硬度
訾云龙告诉记者，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。
2.压电和摩擦电形成判断标准
訾云龙解释：“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。”
3.传感器越小排布越精细“触觉”越灵敏
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。”訾云龙说。
科技企业谈创新
PLR机器人操控实现微米级精度
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。
该机器人相关技术负责人刘益告诉记者，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。
刘益现场向记者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，只要我们打开它的屏幕，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。”刘益介绍，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。
高精高速机器人（PLR机器人），可在特定范围内达到1微米以内的精度，操作稳定性非常高。
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。
刘益介绍，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。
目前，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。
硬核工作室出品
文/广州日报新花城记者：武威
图/广州日报新花城记者：王维宣（除署名外）
统筹编辑：梁倩薇、嵇沈玲
