中国科大研制指尖触觉传感器 为机器人灵巧操作赋予"触感"能力

问题:机器人“有手”但“欠触觉”,精细操作仍是瓶颈。

近年来,人形机器人和服务机器人加速走向应用场景,从工厂分拣、精密装配到家庭服务、医疗辅助,机器人的“手”越来越灵巧,但在与真实世界接触时,仍常受限于触觉感知不足:握力不稳易滑落、触碰不准易损伤物体、与人协作时难以兼顾力度与安全。

触觉作为连接“感知—决策—动作”的关键环节,直接决定机器人在不确定环境中完成复杂任务的成功率。

原因:现有指尖触觉方案难在“信息量、工程化与可靠性”之间兼得。

业内用于指尖触觉的方案类型多样,有的追求高分辨率与丰富信息,但往往伴随布线复杂、信号通道多、数据处理负担重等工程问题;有的为适配曲面指尖而采取柔性结构,却在耐冲击、长期稳定性方面存在短板;还有的在小型化后量程受限,难以同时覆盖“轻触感知”和“强力抓取”的需求。

上述矛盾叠加,使指尖传感器从实验室走向复杂工况时面临落地门槛。

影响:指尖六维力觉补齐,将提升机器人精细操作与安全交互能力。

中国科学技术大学工程科学学院、人形机器人研究院王洪波研究员团队研制的“OriCube”六维力/力矩传感器,为机器人指尖提供了同时感知力与力矩的能力。

该传感器体积约为14×14×12毫米,重量约4克,便于嵌入灵巧手指尖等受限空间;既可检测羽毛轻触等弱接触信号,也能承受锤击带来的冲击脉冲,有助于机器人在抓取、旋拧、拨动、插装等任务中更准确地判断接触状态与受力变化。

相关成果已发表于国际期刊《IEEE/ASME机电一体化汇刊》。

对策:以结构创新和标定测试提升工程可用性。

团队采用折纸式三维线圈阵列方案,通过测量金属外壳在平移与转动等六个自由度上的微小位移与转角,实现六维力/力矩感知,并完成小型化封装集成,降低在指尖部署的系统复杂度。

在机械设计上,通过对不同轴向刚度进行可调设计,按任务需求在灵敏度与量程之间取得平衡,满足从轻触识别到较大载荷操作的多场景需要。

测试与标定结果显示,该传感器具备功耗低、稳定性较好等特点,并对外界磁场扰动具有一定抑制能力,可为复杂工况下的触觉感知提供更可靠的数据支撑。

前景:面向真实场景的“触觉底座”正在形成,仍需系统级协同推进。

业内普遍认为,触觉能力的提升将推动机器人从“看得见、拿得起”走向“摸得准、用得稳”。

随着具身智能、灵巧手与力控算法的发展,小型化、高可靠的指尖六维力觉器件有望在精密装配、3C制造、物流分拣、实验室自动化以及人机协作等领域拓展应用。

同时也应看到,触觉传感器的规模化应用还需与整机结构、控制策略、数据融合算法及耐久性验证形成闭环,进一步在成本、寿命、一致性与维护便捷性方面持续优化,推动从样机验证走向工程化与产业化。

从工业机械臂的力控打磨到康复机器人的安全交互,触觉感知技术正成为智能装备升级的关键突破口。

这项源自中国实验室的原创成果,不仅填补了微型化多维力传感的技术空白,更展现出我国科研人员攻克"卡脖子"难题的创新能力。

当冰冷的金属指尖首次真正"感受"到世界的细微振动,这场人与机器的协同进化正在书写新的篇章。