“人形機器人”是今年當仁不讓的熱點。從工廠搬箱子到春晚扭秧歌，再到跑馬拉松比賽，人形機器人正在加速“進化”，也給人以無限遐想：機器與人類的邊界，是否正在模糊？

但你是否想過，機器人也能擁有像人類一樣敏感的觸覺？長久以來，機器人像是冰冷、機械的“鋼鐵直男”，難以精準感知物體的壓力、摩擦力等復雜的觸覺信號。這也讓它們進行手部精密操作時顯得“笨手笨腳”。

如今，這一局面正在被悄然改寫。

實驗室研發場景。圖片由受訪者提供

浙江清華柔性電子技術研究院的一項新成果，為機器人裝上了一層“皮膚”——這種多向仿生觸覺傳感“皮膚”，攻克了“機器人三維觸覺力感知”這一重大難題，以三維柔性新架構實現同時直接識別壓力與摩擦力，讓機器人擁有了真實的“觸感”。

冷硬的機械，如何被賦予觸覺？“電子皮膚”——這個曾被禁錮在科幻小說中的想象，正從實驗室的微觀世界悄然溢出，編織成人與機器共生的新故事。

柔性電子皮膚可應用于機器人指尖、球體等各類非平面地方。圖片由受訪者提供

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機器人有了“皮膚”

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讓機器人拿起一塊豆腐有多難？

難就難在那股“拿捏”的勁兒：勁兒小了，抓不?。粍艃捍罅?，一不小心就捏碎了。

對于傳統的工廠機械臂，它的手指就像戴了厚厚的手套，只能大概感覺到“有東西頂著”的單一壓力，但它分不清這個東西是滑溜溜的玻璃杯，還是毛茸茸的玩具熊。所以機械臂抓東西，只能老老實實按設定好的位置和力度干活，稍微變點花樣就“抓瞎”。

皮膚是人體最大的器官，也是機體感知外界的感受器。夏日里冰鎮汽水的沁涼，隆冬時圍爐烤火的溫暖，清風拂面，石子咯腳……這些繁雜的外界信息，通過皮膚的傳導，形成冷覺、溫覺和痛覺等諸多觸覺。故而，人類能依靠皮膚感受到的壓力和摩擦力，小心地完成易碎物品的取放動作。

“我們通過柔性觸覺傳感器，采集壓力、溫度等多種信號，進而實現壓力檢測、溫度檢測、紋理識別等功能，讓機器人‘長’出了電子皮膚。”清華大學柔性電子國家級重點實驗室副研究員、浙江清華柔性電子技術研究院技術專家陳毅豪說。

他展示了兩張圖片，一張是人體皮膚的結構圖，分為表皮、真皮和皮下組織等三層；另一張則是電子皮膚的仿生設計理念，其結構也分為同樣的三層。

產生觸覺的關鍵，來源于中間承擔感知刺激等重要功能的“真皮層”。記者看到，電子皮膚其實就像一張很輕薄的膜，它的“真皮層”集中了大部分輕薄的傳感器及電路，僅食指指尖大小的面積內，就布滿了200多個微小金屬傳感器。

陳毅豪解釋，力傳感單元位于這一層的上部，更靠近皮膚表面，對外部壓力極其敏感；應變傳感器則位于底部，與力傳感單元保持一定距離，這種設計使得應變傳感器主要對皮膚的拉伸敏感，而不受壓力干擾。皮下組織層則是最內層，主要感知皮膚的整體變形。

“這種獨特的三維結構，讓電子皮膚能夠同時感知并區分壓力、摩擦力和應變，就像我們的皮膚一樣。”陳毅豪說，它的感知精度可以達到毫牛級別（力的單位，定義為牛頓的千分之一），這意味著它差不多能感知到一根頭發絲放在皮膚上的位置。這種精度已經非常接近人類皮膚感知的極限了。

僅僅有精密的傳感功能是不夠的，就像人類的大腦需要解讀神經傳來的信號一樣，電子皮膚也需要一個“神經中樞”來理解這些數據。浙江清華柔性電子技術研究院的專家們為電子皮膚搭配了信號處理芯片與深度學習算法，機器人就能夠快速處理和解讀這些復雜的信號。陳毅豪說，這就好比是教會了電子皮膚如何“思考”和“理解”它所感受到的世界。

在實驗現場，裝有電子皮膚的一只機械手拿起了一個蘋果，它不僅可以感知物體的存在，還能判斷物體的硬度和形狀，很快就反饋了蘋果的硬度、新鮮度等感知數據。

更讓人驚訝的是，這款電子皮膚也像人類皮膚一樣格外柔軟，可以貼合彎曲、形變等各種復雜的曲面，包括柱面、球面等三維幾何形狀?！懊孛芫筒卦诳衫炱骷ヂ撛O計中?！标愐愫乐钢娮悠つw傳感器中間的蛇形結構告訴記者，傳感單元的各個三維結構之間由可拉伸蛇形互聯導線連接，與傳統直互聯相比，它在彎曲變形條件下也可實現對壓力和摩擦力的同步測量。

陳毅豪（左）。圖片由受訪者提供

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5年闖過科技“無人區”

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“5年前，我們團隊開始瞄準電子皮膚的柔性電子傳感器開展科研攻關，那時候擁有‘大腦’的人形機器人還沒有誕生。”陳毅豪說，科技創新，就是要勇闖無人領航的“無人區”。

早期的機器人仿生皮膚多為硅膠材質，更側重于仿造人體皮膚的超薄柔軟的形態。傳統的、硬邦邦的傳感器，則難以與機器人手部柔軟的表面完美貼合，且只能實現壓力的測量，不能實現摩擦力的信號解析。

“無材料、無裝備、無標準”，這是科學家們面臨的最大困境。在項目啟動初期，光為了確認研究哪種原理和種類的傳感器，團隊就花了近2年時間。他們幾乎把市面上所有的傳感器類型都測試了，嘗試了十多種方案。

無數次的推翻重來，實驗結果始終不盡如人意。一腔熱情的科研人員曾一度深受打擊。有人不甘心失敗繼續嘗試，也有人因為“久攻不下”而彷徨不前，還有人被“挖墻腳”離開團隊。

浙江清華柔性電子技術研究院。圖片由受訪者提供

過去的幾年間，陳毅豪和隊員們過著清華大學的實驗室和位于嘉興的浙江清華柔性電子技術研究院“兩頭跑”的生活，柔電院也重金招聘了幾名專業對口的科研人員及時補充力量。

更大的挑戰來自觸覺傳感領域。為了解決相應的力學測試問題，團隊引入力學領域專家。受人類皮膚中機械感受器的空間分布特征啟發，2023年，團隊克服傳統剛性傳感器又厚又硬的特質，終于“死磕”出了能夠從物理層面直接識別壓力、摩擦力和應變的多向仿生觸覺傳感“皮膚”。

陳毅豪記得，那是一個冬天，他們幾個人圍在實驗桌旁，去檢測電子皮膚能否感知不同物體的新鮮度。他們選取了獼猴桃、桃子、李子和西梅4種水果，結果顯示，電子皮膚僅靠觸碰，就能準確區分4種水果的不同成熟狀態。“成了！”不知現場誰喊了一句。隨后，大家都不約而同地歡呼起來。陳毅豪興奮地當晚多吃了一碗飯。

而在陳毅豪等人埋首闖關之時，人形機器人的發展也步入“快車道”。

2022年，業內出現一個標志性的事件：特斯拉正式發布人形機器人Optimus（擎天柱），展示了它在汽車工廠搬運箱子、抓取金屬棒的視頻，并表示將規?；a。

2024年被稱為我國人形機器人商業化元年。我國自主研發的通用人形機器人“天工”亮相。此后，寫毛筆字、翻跟斗、泡工夫茶等擁有十八般武藝的國產人形機器人不斷涌現。今年，人形機器人跑完馬拉松之后，全球首個人形機器人格斗賽又開打。隨著人工智能算法、核心零部件、智能制造等技術的不斷發展，人形機器人正在全方位走進人們的生活。

有了仿生的大腦和骨骼，對于更高要求的具身智能（指機器人、無人機、智能汽車等智能體，能夠通過身體與環境的動態交互實現自主學習和進化）就迫切需要傳感器來搜集外界信息。這就好比五官對于人類的重要性。因此，觸覺傳感器被部分業內人士稱作“具身智能的最后一塊拼圖”。

“面對具身智能發展道路上必須解決的難題，現在我們有了自己的解法?！标愐愫勒f，正是前瞻性的科學攻關，讓他們快人一步，在國際上首次研制出具有仿生三維架構的新型電子皮膚系統，該成果也發表在國際學術期刊《先進傳感研究》雜志上。

電子皮膚貼附在仿生手的指尖。圖片由受訪者提供

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觸覺之后的“能力拼圖”

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不過，當觸覺這“最后一塊拼圖”歸位，機器人真能變得更加聰明嗎？在陳毅豪看來，它還需要等待市場和時間的驗證。

除了傳感器本身，算法、算力、系統集成、智能制造以及成本控制，都是推動科研成果走向產業落地的關鍵因素。唯有在真實場景中不斷試錯、迭代，答案才會逐漸清晰。

今年6月3日，浙江清華柔性電子技術研究院與浙江福萊新材料股份有限公司正式簽約共建智能感知聯合實驗室。實驗室將聚焦柔性電子皮膚、超寬域壓力傳感器兩大核心研究領域，圍繞多模態感知、材料創新、智能集成與場景化應用開展研究。

兩天后的6月5日，福萊新材發布機器人觸覺第二代新品，融合了柔電院的技術加持。這款產品也通過柔性觸覺傳感器，實現了觸覺的全覆蓋，不管是指尖、指腹，還是手心、手背，每個部位都具備完整的三維力感知能力。目前企業的首條柔性傳感器中試產線已建成，產品未來將實現批量供貨。

電子皮膚，正從技術熱潮走向商業理性。

據高工產業研究院預測，2030年全球人形機器人領域對柔性觸覺傳感器的需求規模將達152.5萬平方米，市場規模將達274億元。不過，也有研究具身智能的業內人士認為，柔性觸覺傳感器的發展仍處于起步階段，且國內廠商的產品性能與國外存在一定差距，在靈敏度、耐久性、多模態集成等關鍵技術上面臨重重挑戰。

柔性電子皮膚可應用于機器人指尖、球體等各類非平面地方。圖片由受訪者提供。

在2024世界人工智能大會上，特斯拉的人形機器人“擎天柱第二代”亮相，在直立行走的基礎上，行走速度提升了30%。其手指還“進化”到除感知和觸覺之外，可以在輕握雞蛋和搬運重物時做到“游刃有余”，并且進入到工廠執行電池分揀任務。

未來已來，穿上電子皮膚的機器人，將如何改變這個世界？福萊新材相關負責人表示，企業產品的應用場景將定位在精密制造（電子產品組裝、精密零件操作）、醫療康復（手術機器人、康復訓練設備）、服務機器人（家庭護理、物品抓取和操作）、工業自動化（質量檢測、材料分揀）等。

“機器人來負責擰螺絲，這個場景已經不遠了?！标愐愫勒f。試想一下，在工業生產領域，人形機器人的電子皮膚能夠敏銳地感知零件的形狀、位置和力度，就像人類的手一樣，實時調整力度和角度，靈活而準確地抓取和安裝零件。

而對于失去肢體或者燒傷患者來說，電子皮膚或能給他們帶來“新生”。當智能假肢、植皮區域覆蓋上電子皮膚后，使用者也許能夠重新獲得真實的觸覺反饋，感受愛人擁抱的溫度和孩子臉頰的柔軟。

在場景應用上，陳毅豪認為可以有更多的想象，而不僅僅局限于人形機器人。他打了一個比方，如果將電子皮膚像創口貼一樣貼在人體皮膚上，用它來實時監測血氧、心率等健康數據，更進一步，或許還能替換掉傳統扎手指的血糖檢測辦法，通過柔性電子技術就能把血液中的葡萄糖含量測出來。

當然，這些設想雖然令人興奮不已，但將其大規模應用于現實世界還有很長遠的路要走。陳毅豪和團隊成員們還在研究電子皮膚的高密度集成，“在同一表面上，集成的傳感單元越多，感知的精度和靈敏度就會更高，在未來，可以無限趨近于人類甚至是超越人類?！?/p>

延伸閱讀

機器人的“觸覺革命”

■ 宋紅巖

別再嘲笑機器人是“鋼鐵直男”了！它們正經歷一場“整容級”進化——這次不是換臉，而是長皮膚了！沒錯，就是能“摸”出豆腐嫩不嫩、蘋果脆不脆的真實觸感皮膚。

想象一下，以前工廠里的機械臂，抓東西像戴了十層棉手套，不是捏碎豆腐，就是讓玻璃杯打滑。為啥？缺心眼？不，缺“皮膚”??！人類皮膚能感知壓力、摩擦力、溫度，是行走的“多功能傳感器”。現在，浙江清華柔性電子技術研究院的科學家們，愣是給冷冰冰的機器指尖“紋”上了一層毫牛級別精度的“電子皮膚”。薄薄一層膜，塞進200多個微小傳感器，能分清頭發絲落下的位置，還能像蛇一樣彎曲貼合！這“皮膚”不僅敏感，還自帶“大腦”（算法芯片），讓機器人瞬間get“拿捏”的藝術——輕握雞蛋不破、重搬箱子不滑……分分鐘拿捏各種“高難度動作”。

研發團隊這五年，堪稱科技界的“荒野求生”：沒材料、沒設備、沒標準，測試方案多到能鋪滿實驗室地板。寒冬里，當電子皮膚準確“摸”出4種水果的成熟度時，那聲“成了！”的歡呼，比中彩票還高興！陳毅豪研究員當晚多干的那碗飯，就是科研人最硬核的浪漫。

現在，“長皮膚”的機器人，野心可不止于工廠擰螺絲，精密制造、醫療康復、家庭服務甚至未來貼你身上當“健康創口貼”，科幻片里的“觸覺互聯”正悄悄照進現實。

當機器人學會“感受”世界，咱人類也得琢磨點新課題：這雙會“摸”的機械手，是來搶飯碗，還是當幫手？是讓截肢者重獲擁抱愛人的溫暖，還是未來得防著點太“懂”的機器人管家？

無論如何，機器人的“觸覺革命”已來。下次再看到人形機器人，別只盯著它會不會翻跟頭，問問它：“嘿，兄弟，這豆腐腦嫩不嫩？”答案就在它指尖那層神奇的“皮膚”里。

（作者系浙江傳媒學院浙江省社會治理與傳播創新研究院研究員）

來源: 浙江日報、潮新聞