中投網(wǎng)2025-05-09 09:08 來源：中投顧問產(chǎn)業(yè)研究大腦
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汽車行業(yè)是我國制造業(yè)的第一大產(chǎn)業(yè)，年產(chǎn)值超過10萬億。那么，下一個能夠接近甚至超過汽車行業(yè)規(guī)模的制造業(yè)是哪個？沒錯，就是“人形機器人”產(chǎn)業(yè)。人形機器人在政務(wù)、工業(yè)、商業(yè)和家庭各個領(lǐng)域都有很多的應(yīng)用場景可以挖掘，將是一個數(shù)萬億甚至十萬億的巨大藍海市場。
對于一個城市或一家企業(yè)，如果未來十年錯過了人形機器人的產(chǎn)業(yè)機會，那就相當于過去十年錯過了新能源汽車的產(chǎn)業(yè)機會，一個百年一遇的巨大產(chǎn)業(yè)機遇將與你無緣。
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在科技飛速發(fā)展的當下，機器人正逐漸融入我們生活的方方面面，從工業(yè)生產(chǎn)線上的精準操作，到家庭服務(wù)中的貼心陪伴，它們的“本領(lǐng)”越來越大。而電子皮膚，作為賦予機器人觸覺感知能力的關(guān)鍵技術(shù)，正悄然崛起，雖尚處發(fā)展初期，卻已備受矚目，有望為機器人帶來一場感知革命。
一、電子皮膚：賦予機器人“觸感”的神奇外衣
電子皮膚，又稱柔性觸覺傳感器，是一套能讓機器人擁有觸覺的精妙系統(tǒng)。它的結(jié)構(gòu)簡約而不簡單，如同神奇的“變形金剛”，可以被加工成任意形狀，輕松附著在設(shè)備表面，仿佛為機器人披上了一層隱形戰(zhàn)衣。有了它，機器人便能感知物體的位置、方位以及硬度等關(guān)鍵信息，仿佛擁有了人類的指尖觸感，開啟與世界的“親密接觸”。
現(xiàn)階段，不考慮溫度感知時，電子皮膚本質(zhì)上類似于觸覺傳感器。這類傳感器就像是機器人的“神經(jīng)末梢”，負責測量與環(huán)境物理相互作用產(chǎn)生的信息。它模擬生物皮膚的觸覺功能，能敏銳捕捉機械刺激，雖不像人類皮膚那樣能感受疼痛，但已能為機器人提供豐富的觸覺反饋。
通常，觸覺傳感器以壓力傳感器及應(yīng)變傳感器為核心組件構(gòu)建而成。為完美貼合機器人非平整、粗糙且動態(tài)變化的“皮膚”表面，同時不影響其日�；顒�，柔性觸覺傳感器必須具備低模量、高拉伸性與良好耐磨性等特質(zhì)，做到輕薄便攜、成本低廉且功耗低微。如今，科學(xué)家們將目光投向納米材料，憑借其超大表面積、優(yōu)異材料特性以及與低成本制造工藝的兼容性，為柔性觸覺傳感器的研發(fā)注入強大動力，助力機器人觸覺感知邁向新高度。
二、觸覺傳感技術(shù)：從萌芽到蓬勃的發(fā)展之路
回顧機器人觸覺傳感技術(shù)的發(fā)展歷程，時光要回溯到1974年，日立開創(chuàng)性地提出在自動焊接機器人手臂上安裝觸覺裝置，用于感測工件姿態(tài)，開啟了這一領(lǐng)域的探索之門。然而，受限于早期觸覺傳感器技術(shù)的瓶頸，此后發(fā)展相對緩慢，直至2010年，隨著智能機器人的廣泛普及和精密加工技術(shù)的飛速進步，觸覺傳感技術(shù)才迎來爆發(fā)式增長。全球各國企業(yè)紛紛入局，加大研發(fā)投入，積極布局專利，一場圍繞觸覺傳感技術(shù)的科技競賽就此拉開帷幕。
在中國，智能機器人觸覺傳感技術(shù)的專利申請起步稍晚，第一件專利申請誕生于20世紀80年代。這背后既有國內(nèi)申請人技術(shù)積累薄弱的因素，也與當時國內(nèi)機器人市場規(guī)模較小，未引起國外申請人足夠重視有關(guān)。但自2005年起，國內(nèi)申請人奮起直追，專利申請量開始快速攀升，到2014年，更是實現(xiàn)彎道超車，國內(nèi)申請人的專利申請量占據(jù)絕對優(yōu)勢，展現(xiàn)出強大的創(chuàng)新活力與發(fā)展?jié)摿Α?/p>
歷經(jīng)多年發(fā)展，觸覺傳感器已完成多次迭代升級，從最初單一功能的觸覺傳感器，逐步發(fā)展為綜合觸覺傳感器，再到如今的柔性觸覺傳感器，不僅實現(xiàn)了觸覺反饋再現(xiàn)，甚至讓智能機器人擁有了情感交流能力。當下，應(yīng)用于智能機器人的觸覺傳感方法與裝置愈發(fā)智能，它們能夠迅速將外部壓力信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，精準計算信號持續(xù)時間與變化率，并與預(yù)設(shè)閾值比對，確定壓力類型與產(chǎn)生位置，進而生成相應(yīng)情緒表達控制信號，讓智能機器人的反應(yīng)更加擬人化，仿佛能“感同身受”。
三、觸覺傳感器分類：多元原理驅(qū)動創(chuàng)新應(yīng)用
觸覺傳感器依據(jù)不同原理運作，主要分為壓電式、壓阻式、離電式和摩擦起電式四種，其中壓阻式發(fā)展最為成熟。壓阻式傳感器利用微小形變引發(fā)電阻變化，構(gòu)建壓力分布模型，廣泛應(yīng)用于機器人手部，賦予其靈敏的觸覺感知，使其能精準拿捏各類物品。在手部觸控技術(shù)領(lǐng)域，騰訊表現(xiàn)亮眼，展現(xiàn)出強大的研發(fā)實力。
2023年4月，騰訊RoboticsX實驗室公布的機器人技術(shù)新進展令人驚嘆：機器人已能實現(xiàn)花式調(diào)酒這般高難度操作。這一成果背后，是視觸覺融合的手內(nèi)物體姿態(tài)估計技術(shù)與基于機械臂末端力傳感信號的力位混合控制技術(shù)的完美結(jié)合。機器人雙手協(xié)同，酒瓶與搖酒器在其手中高速旋轉(zhuǎn)、精準倒酒，大小搖酒器默契相扣搖酒，甚至還能完成“拋接”動作，宛如一位專業(yè)調(diào)酒師，充分彰顯了觸覺傳感器在提升機器人操作精細度與靈活性方面的巨大潛力。
四、電子皮膚：機遇與挑戰(zhàn)并存的前沿領(lǐng)域
盡管電子皮膚前景廣闊，但目前仍面臨諸多難題，技術(shù)壁壘高聳�，F(xiàn)階段，電子皮膚研發(fā)大多停留在實驗室階段，要實現(xiàn)大規(guī)模商用，還有很長的路要走。
穩(wěn)定性方面，電子皮膚常受干擾。制備過程中廣泛使用的有機高分子材料易老化，性能易受環(huán)境因素左右，生物污染與受體失活問題也可能導(dǎo)致傳感器性能隨時間推移而下降，難以長時間穩(wěn)定工作。
靈敏性與選擇性困境同樣棘手。現(xiàn)實環(huán)境復(fù)雜多變，多種化學(xué)物質(zhì)與力學(xué)外力交織，作用于敏感材料，使得傳感器響應(yīng)模糊，難以從干擾物中精準分辨待測物質(zhì)，實時監(jiān)控目標信號。特別是對于壓力傳感系統(tǒng)，在追求高靈敏度的同時，還要兼顧感測范圍，平衡非線性關(guān)系，挑戰(zhàn)重重。
此外，電子皮膚的界面匹配問題以及商業(yè)化難題亟待破解。如何讓電子皮膚與不同材質(zhì)、形狀的機器人表面完美貼合，實現(xiàn)無縫對接，是工程師們需要攻克的又一難關(guān)。同時，高昂的研發(fā)成本、復(fù)雜的生產(chǎn)工藝也限制了電子皮膚的商業(yè)化進程。
不過，隨著科技持續(xù)進步，我們有理由相信，這些難題終將被逐一攻克。未來，電子皮膚將為機器人帶來更加真實、細膩的觸覺體驗，使其真正融入人類生活，成為我們不可或缺的智能伙伴。
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