清華團隊為機器人帶來超級觸覺，讓機械手比人手還靈敏

當一個機器人在一片凌亂的桌面上摸索，它沒有眼睛，卻能從一堆水果里挑出來熟透的那個，能夠在黑暗中找到遙控器，能夠感知到杯子里的水是熱的還是涼的，也能使用手指分辨出一只杯子是金屬的還是塑料的，甚至能摸出它的表面是光滑還是粗糙的。還能感知到 0.07 毫米粗的頭發絲，還能準確識別 26 個盲文字母，準確率達到 100%。

這是清華大學深圳國際研究生院丁文伯教授和合作者打造的一款名為 SuperTac 的仿生觸覺傳感器，整個傳感器的材料成本不到1美元，具備大規模生產的潛力。

（來源：https://doi.org/10.1038/s44460-025-00006-y）

關于應用前景，丁文伯告訴 DeepTech 所有需要精細化觸覺感知的場景都可以應用。論文發表后，一家國內大廠以及一些人形機器人廠商都主動聯系尋求合作，特別關注康養或居家場景中的柔性接觸和柔性交互。在科技部的一個青年科學家項目中，專家也提出能否將傳感器應用在航空航天或核輻射等人員稀少、需要人工替代的場景。軍工領域同樣有潛在需求。

為了研發這款傳感器，他們從鴿子的眼睛里找到了靈感，鴿子能夠看到人類看不到的紫外吸納，還能感到到地球磁場。基于此，他們在 SuperTac 上集成了多光譜成像、摩擦電傳感和慣性測量等多種能力，厚度只有一毫米，能夠讓機器人像人類一樣感知物體的材質、紋理、溫度、顏色，甚至能在接觸之前就感覺到物體的靠近。

SuperTac 的設計思路和傳統觸覺傳感器非常不同。以前的電子皮膚傳感器，要像提高分辨率就得密密麻麻低排布電極，信號會互相干擾，電路也變得極其復雜。后來，人們想到利用攝像頭來“看”觸覺，其實這就是視觸覺傳感器，即利用一個攝像頭拍下皮膚接觸物體時的變形圖像，再從中計算出來受力情況。

這種方法的分辨率較高，不過通常只能在可見光波段工作，感知能力較為有限。SuperTac 的創新之處在于，它把感知范圍從可見光擴展到了紫外線、近紅外波段和中紅外波段。紫外線用來追蹤傳感器表面的變形和滑動，近紅外光用來捕捉物體的細微紋理，中紅外光則用來測量溫度。不同波長的光在傳感器內部各司其職，互不干擾。

（來源：https://doi.org/10.1038/s44460-025-00006-y）

這個厚度只有一毫米的傳感皮膚一共有四層。

最外面是導電層，使用透明導電材料 PEDOT:PSS 制成，當它與不同材質的物體接觸時，會因為摩擦起電產生不同的電信號，由此可以分辨材質。

第二層是反射層，它像一面單向鏡子，從有光的一側看是不透明的，從沒光的一側看卻是透明的，這讓傳感器能夠自由切換工作模式。

第三層是熒光層，在紫外光照射下會發出熒光，用來標記傳感器表面的變形和位移。

最下面是支撐層，用硅膠做成可充氣結構，通過調節內部氣壓來改變傳感器的受力范圍。

這套精巧的設計讓 SuperTac 能在指甲蓋大小的面積上，同時感知力、溫度、紋理、滑動、材料、距離、振動和顏色等十種信息。

（來源：https://doi.org/10.1038/s44460-025-00006-y）

測試數據顯示：

在力覺感知方面，SuperTac 的測量精度達到了 0.06 牛，位置精度為 0.4 毫米。

溫度測量范圍為 0 到 90 攝氏度，經過校準之后精度達到 0.25 度。

紋理識別準確率為 98%，材質分類準確率為 95%，滑動檢測準確率為 97%，顏色識別準確率 100%。

在振動檢測方面，它能感知 0 到 60 赫茲的頻率范圍，碰撞檢測準確率 94%。

摩擦電信號還能實現非接觸感知，在 0 到 15 厘米的距離內就能提前感知物體的靠近。

（來源：https://doi.org/10.1038/s44460-025-00006-y）

為了讓機器人理解這些觸覺數據，研究團隊開發了一個名為 DOVE 的觸覺語言模型，擁有 85 億參數。DOVE 可以處理 SuperTac 傳來的多模態觸覺信息，把它們轉化成自然語言描述。

當機器人摸到一個黃色的、處于室溫的、表面有凸起紋路的金屬物體時，DOVE 會給出“黃色、室溫、表面有紋理、凸起、金屬質感”。

它還能進行推理，比如通過觸覺判斷兩個物體的顏色、溫度和紋理相似但是材質并不相同，因此它倆是不一樣的。在垃圾分類演示中，機器人通過觸摸就能判斷桌上的物體到底是可回收物、可重復使用物還是普通垃圾。

在工業制造中，這種機器人可以使用手指來感知零件表面的微小瑕疵，或者精準抓取易碎的電子元器件。在醫療領域，手術機器人可以觸摸到組織的硬度變化和溫度變化，幫助醫生判斷病灶。在家庭服務中，它甚至能夠幫助盲人觸摸屏幕上的信息，通過觸覺反饋來閱讀文字。

圖 | 丁文伯（來源：受訪者）

為了驗證傳感器的耐用性，研究團隊進行了 8 萬次反復接觸測試，結果發現 SuperTac 的信號輸出始終保持穩定。紫外熒光標記在連續照射一周后也沒有出現褪色。不過，目前 SuperTac 的尺寸有點偏大，只能裝在機器人的手掌上，還不能裝到指尖。研究團隊正在推進小型化工作，希望未來能讓機器人的每一根手指都能搭載這樣一款觸覺皮膚。

在產業化方面，丁文伯表示傳感器領域非常愿意與產業界合作。他個人的背景交叉，既有材料也有通信和信號處理，這讓他更關注傳感器應該產生什么樣的信號、多模態信號怎么融合。

在具身智能和大模型時代，觸覺被認為是具身智能最重要的環節之一，觸覺需要什么樣的數據是丁文伯比較關心的問題。傳感器方面他更愿意與頭部企業合作。不過他的團隊也已經孵化了一個名為無界智航的企業，更專注于未來具身智能需要什么樣的數據，以及傳感器該有什么樣的性能。

參考資料：

相關論文https://doi.org/10.1038/s44460-025-00006-y

運營/排版：何晨龍

注：封面/首圖由 AI 輔助生成