力控、柔性触觉成为核心需要，机器人要打造怎样的具身传感系统

电子发烧友网报道（文/莫婷婷）具身智能指的是智能系统或机器通过感知和交互与环境进行实时互动的能力，也是人工智能发展的分支。2024年被认为是具身智能产业发展元年，与此相关的产业正在逐渐发展起来，例如机器人。
 
业内人士认为，具身智能机器人是人工智能终极形态。具身智能机器人指的是机器人能像人一样进行环境交互感知、自主规划、决策、行动、执行任务等。在真正完成具身智能升级之前，传感器将在这个过程中发挥关键作用。
 
那么，具身智能对传感器有怎么样的需求呢？先从感知功能来看。
 
感知包括视觉听觉味觉触觉等，具身智能机器人在进行不同的感知需要不同的传感器，例如视觉感知需要CMOS，听觉需要Mic振动传感器，痛觉需要力传感器、温度传感器等，前庭觉需要IMU，本体觉需要超声波距离传感器，味觉、触觉、嗅觉也需要能实现相应功能的传感器，例如触觉阵列等。
 
只有一套完整的具身传感系统才能让机器人实现真正具身智能，通过感知的传递才能完成对运动控制的指导。
 
天太机器人仿生机器人BU负责人刘瑗瑗认为，传感会引起运动控制的范式变化，这种变化包括来自视觉、运动路径规划、五感对齐以及预测运动控制下一帧等。例如在抓握某件物品的时候，会先利用传感器判断方位，再判断物品的大小，调整伸手距离等，再通过力觉传感器调整抓握力，进而完成一系列动作。
 
目前来看，在机器人的感知中，力控、柔性触觉控制是核心需求。此前，特斯拉就在一段视频中展示了特斯拉人形机器人 Optimus Gen2抓取、传递鸡蛋，要实现拿得稳且不会捏碎鸡蛋，就需要依靠触觉系统，特别是柔性触觉传感器。
 
柔性触觉传感器分为：压阻式（电阻）、压电式、电容式、光电式等，电容式占据约五成的市场份额。当前柔性触控控制最关键的是要解决压感、滑动感的问题，也就是解决不捏碎、拿得稳的问题，接下来才是形状、材质、温度等需求。
 
在2023年，帕西尼发布了人形机器人Tora，两只手上搭载了超过100颗多维触觉传感器。官网显示，多维触觉传感器PX-6AX的力控精度高达0.01N，也就是最小可测量0.01N的力，采样频率达1000HZ，能实现多轴输出、多元部署，可测量压觉、力觉、滑觉等 15 种物理量，能捕捉接触面上亚毫米级别的微小变形。

图：PX-6AX功能解析（帕西尼）

 
 
在力控方面，力传感器是关键的元器件。按照测量维度，力觉传感器可以分为一至六维力传感器的不同，能够同时测量中性坐标系（OXYZ）内的三个力（FX 、FY 、FZ）和三个力矩（MX 、MY 、MZ）。目前机器人力控解决方案以维度最高的六维力传感器的应用较多。根据传感元件的不同，六维力传感器又可以分为应变片式、光学式以及压电/电容式等。
 
宇力仪器在官网展示了能够应用于机器人&通用测试的六轴力传感器M37XX系列。根据介绍，这是矩阵解耦型六轴力传感器，直径15至135mm，精度5至6400N，0.5至320Nm。在其他方面，M37XX系列非线性、迟滞小于0.5%F.S，串扰小于2%F.S。
 
在机器人的应用中，除了精度，重量、价格都是考量力传感器的关键要素之一。未来，随着机器人要掌握更多的技能，不仅仅是力控、柔性触觉控制，视觉等其他传感器都需要随之迭代，以满足不同的应用领域需求。