觸覺是人類感受世界的重要方式，但機(jī)器人的觸覺一直不夠敏感。機(jī)械手握瓶子時(shí)，用力輕了握不住，用力重了很可能一下子捏爆，這成為機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中的痛點(diǎn)。不久前，港科大（廣州）訾云龍教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂尖期刊《先進(jìn)材料》上發(fā)表了最新研究成果，成功研制出全球首個(gè)亞毫米級(jí)分辨率的雙模態(tài)觸覺傳感器陣列。該技術(shù)首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)物體表面軟硬度分布的精細(xì)觸覺感知，使機(jī)器人獲得了接近人類指尖皮膚的感知與辨析能力。

近期，廣州科研機(jī)構(gòu)與科技企業(yè)在機(jī)器人的軟硬件領(lǐng)域都取得了一系列突破。2024年，訾云龍團(tuán)隊(duì)研制出了第一代雙模態(tài)觸覺傳感器陣列，并在期刊《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表相關(guān)成果。當(dāng)時(shí)，該傳感器陣列的材料種類識(shí)別率達(dá)99.4%，材料軟硬度識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)100%。然而，陣列中單個(gè)觸感器的直徑達(dá)5毫米級(jí)，無(wú)法在機(jī)器人手指的狹小面積上進(jìn)行高密度陣列排布。經(jīng)過(guò)一年多的努力，團(tuán)隊(duì)終于將傳感器直徑從5毫米降低至0.35毫米。

實(shí)現(xiàn)這一跨越離不開團(tuán)隊(duì)腳踏實(shí)地的努力和學(xué)?？鐚W(xué)科的融合互助。傳感器尺寸每縮小一步，工藝難度便呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。傳感器陣列要做到平面與曲面的精密結(jié)合，團(tuán)隊(duì)需要將上百個(gè)亞毫米級(jí)的微型傳感單元排列整齊，每個(gè)單元都要獨(dú)立連接壓電與摩擦電兩層信號(hào)線，總計(jì)兩百余根導(dǎo)線，絕不能互相干擾。為了找到適合制造微柱陣列基底的材料，團(tuán)隊(duì)迭代了十幾種配方，經(jīng)歷了上百次失敗。最終，團(tuán)隊(duì)通過(guò)將皮秒紫外激光精密加工與高精度3D打印等尖端制造技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新融合，攻克了相應(yīng)的工藝集成難題，成功實(shí)現(xiàn)了觸覺傳感器單元的微型化。

實(shí)現(xiàn)這一突破后，團(tuán)隊(duì)積極推動(dòng)成果落地轉(zhuǎn)化。目前，觸感器陣列已有眾多應(yīng)用方向。將來(lái)，人形機(jī)器人走入家庭，特別是實(shí)現(xiàn)照護(hù)老人小孩、做家務(wù)等功能，擁有觸感器陣列的機(jī)器人不再“毛手毛腳”，而是“抓穩(wěn)扶好”臥床老人。如果想讓人形機(jī)器人拿香蕉或水杯，也不用擔(dān)心它會(huì)捏爛或捏碎；讓機(jī)器人做家務(wù)，也不用擔(dān)心它握不住拖把。觸感器陣列還能用于產(chǎn)品的溯源與防偽。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，廠商可制作一個(gè)獨(dú)特的物理指紋，這樣，裝有觸感器陣列的專業(yè)設(shè)備或機(jī)器人一摸，便能讀取信息，真假立判。在產(chǎn)品分揀上，觸感器設(shè)備也可以發(fā)揮作用。例如，水果的軟硬度往往代表它的成熟度，裝有觸感器的機(jī)器人可以從一堆水果中精準(zhǔn)挑出成熟度最佳的一顆。在工業(yè)領(lǐng)域，相關(guān)設(shè)備或機(jī)器人也可以采用合適的握力，對(duì)工具進(jìn)行操控。在醫(yī)療健康領(lǐng)域，觸感器設(shè)備還有望應(yīng)用于內(nèi)窺鏡，通過(guò)感知身體內(nèi)部組織硬度的細(xì)微差異，為早期診斷提供線索。