清華新聞網(wǎng)1月20日電 隨著具身智能技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人與人類(lèi)的互動(dòng)場(chǎng)景日益豐富，對(duì)機(jī)器人的高階觸覺(jué)感知提出了更高要求。然而，目前觸覺(jué)傳感系統(tǒng)在空間分辨率、多維感知和信號(hào)解讀能力等方面仍與人類(lèi)觸覺(jué)存在顯著差距。視觸覺(jué)傳感器（visuotactile sensor）通過(guò)成像手段實(shí)現(xiàn)亞毫米級(jí)分辨率，但在多光譜感知等方面依然面臨挑戰(zhàn)（圖1）。在此背景下，如何突破觸覺(jué)傳感器的分辨率極限、提升多模態(tài)融合能力，并實(shí)現(xiàn)多模態(tài)觸覺(jué)信號(hào)解讀，成為推動(dòng)機(jī)器人“類(lèi)人觸覺(jué)”發(fā)展的核心科學(xué)問(wèn)題。
圖1.安裝有多模態(tài)視觸覺(jué)傳感器的靈巧手渲染圖
圖2.生物啟發(fā)原理及其應(yīng)用場(chǎng)景
近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院丁文伯副教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多家單位，成功研發(fā)出一種受鴿眼啟發(fā)的多模態(tài)高分辨率觸覺(jué)傳感器（SuperTac），取得了機(jī)器人觸覺(jué)感知能力的重要進(jìn)展（圖2）。
圖3.內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能表征
SuperTac創(chuàng)新性地將中紅外至紫外波段的多光譜成像與摩擦電信號(hào)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了基于導(dǎo)電聚合物、熒光層、反射層和支撐層的多層超薄感知皮膚。SuperTac具備力感知范圍調(diào)整能力，實(shí)現(xiàn)了微米級(jí)的高分辨率和多模態(tài)高精度測(cè)量（力、位置、溫度、接近、振動(dòng)），并且對(duì)于不同物理屬性如材質(zhì)、紋理、滑動(dòng)、碰撞和顏色等信息的感知精度均超過(guò)94%（圖3）。
圖4.觸覺(jué)感知模型及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
圖5.傳感器實(shí)物圖
圖6.安裝SuperTac的靈巧手
為了充分挖掘傳感器的多模態(tài)感知潛力，團(tuán)隊(duì)還自主構(gòu)建了擁有8.5億參數(shù)的觸覺(jué)語(yǔ)言模型DOVE，能夠理解豐富的觸覺(jué)信息，賦予機(jī)器人類(lèi)人觸覺(jué)感知和環(huán)境理解能力（圖4）。目前，SuperTac（圖5）已成功集成至機(jī)器人靈巧手中（圖6），支持遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋，有望在制造、醫(yī)療、服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域發(fā)揮變革性作用。
研究成果以“仿生多模態(tài)觸覺(jué)傳感實(shí)現(xiàn)類(lèi)人機(jī)器人感知”（Biomimetic Multimodal Tactile Sensing Enables Human-like Robotic Perception”）為題，于1月15日發(fā)表于《自然·傳感器》（Nature Sensors）。
清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院2025屆博士畢業(yè)生李壽杰、2023級(jí)博士生吳同、2023級(jí)碩士生徐建樂(lè)為論文第一作者。清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院副教授丁文伯、大連理工大學(xué)教授解兆謙、新加坡國(guó)立大學(xué)助理教授吳昌盛和香港城市大學(xué)教授于欣格為論文通訊作者。清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院教授王學(xué)謙，博士后趙洪發(fā)、呂楚橋，上海大學(xué)副研究員葉林奇，加州大學(xué)伯克利分校博士后王子涵，深圳國(guó)際研究生院2024級(jí)碩士生黃炎、2022級(jí)博士生徐慶昊、2025屆碩士畢業(yè)生穆世龍，大連理工大學(xué)2024級(jí)博士生張宗文以及美國(guó)南加州大學(xué)2025級(jí)博士生楊洋為研究提供了大力支持。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目、廣東省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)研究團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目以及清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院–深圳鵬瑞青年教師項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s44460-025-00006-y
供稿：深圳國(guó)際研究生院
編輯：李華山
審核：郭玲
