新一代薄膜压力传感:从材料根源重塑机器人触觉未来

2025-12-05 13:28:12     来源:

在机器人的进化之路上,执行能力已突飞猛进,但感知物理世界的“触觉”却长期是其智能化的关键短板。近日,在2025年高交会“人工智能赋能未来产业发展”论坛上,力触觉智能感知技术企业——悟通感控创始人陈立洋指出,触觉传感器的核心使命,是赋予机器人灵巧手精准抓握的能力。而实现这一愿景的最大障碍,在于传感器能否在“可装配”之外,实现装配后的稳定可靠。

“我们真正需要的,是具备柔性、高灵敏度、高稳定性的薄膜传感器——这正是悟通投身于此的初心。”陈立洋强调。这看似是性能参数的罗列,实则是悟通感控从材料学本质出发,对薄膜传感器发展路径的一次根本性重构。

一、 重新定义发展路径:从“信号原理”到“材料本质”

过去,行业习惯于从电子学信号原理的角度,将触觉传感器划分为电阻式、电容式、压电式或离电式。这种分类虽描述了信号的产生方式,却未能揭示性能进阶的根本动因,如同描述一辆车是“烧油”还是“用电”,并未触及发动机与电池技术的核心迭代。

悟通感控认为,薄膜传感器的进化史,实质是材料体系的演进史,其终极目标正是实现 “高柔性、高灵敏度、高稳定性”的三元统一。循着这一脉络,薄膜传感器可划分为四个清晰的材料发展阶段:

1.探索时代(概念萌芽):以导电高分子和介电材料为代表,验证了“薄膜传感”的可能性,但材料合成工艺复杂,柔性和稳定性不足,难以走出实验室。

2.验证时代(柔性启蒙):导电油墨的出现,首次成功验证了“柔性”传感的概念。但它如同初代的软壳,虽实现了形变,但灵敏度低、信号稳定性差,商业价值受限。

3.稳定时代(可靠性突破):纳米复合材料的应用,重点攻克了材料稳定性的难题,使传感器更耐用。然而,灵敏度未能同步飞跃,性能天花板明显。

4.性能时代(三元统一):离子导体材料的出现,利用其内部形成的纳米级双电层电容,实现了灵敏度的跨越式提升。在此基础上,悟通感控通过晶体共价交联技术,将材料结构从“面接触”重构为“弹簧式”微结构,在不牺牲高柔性的前提下,一举攻克了稳定性(尤其是低蠕变、低漂移)的最终壁垒,首次将三大核心特性融于一体。

二、 突破行业瓶颈:以材料革新实现“三元统一”

在机器人实际应用中,薄膜传感器长期面临几大核心矛盾:量程与灵敏度的博弈、反复抓握下的信号漂移、以及量产一致性与成本的平衡。这些痛点,归根结底是材料层面的限制。

悟通感控的第四代离电式柔性压敏材料,正是为解决这些矛盾而生。其技术创新体现在两个层面:

·离子导体的灵敏内核:材料内部可自由移动的阴阳离子,在压力下能于电极界面形成纳米级的双电层电容,这种微观机制的变革,奠定了高灵敏度的物理基础。

·“弹簧式”晶体共价交联结构:悟通的核心突破在于,通过特殊的交联技术,让材料内部自发形成类似弹簧的微结构。这种结构在受压后能高效回弹,从而极大地抑制了材料的蠕变和信号漂移,实现了突破性的高稳定性。同时,这种结构天生具备高柔性,完美适配灵巧手的各种复杂曲面。

现场演示生动地印证了这一点:一个恒力作用下,普通传感器信号曲线持续攀升,如同体重秤上站一会儿读数就从80斤跳到100斤;而悟通的传感器输出曲线则始终平稳。在反复抓握测试中,其信号也几乎无漂移,确保了机器人抓握的长期可靠性。

这一材料突破,使得悟通能够将传感器的关键稳定性指标——蠕变与漂移,控制在5%以内,部分量产产品更是达到2%的行业领先水平,远优于导电油墨(>20%)和普通纳米复合材料(10-20%)。正是基于这一突破,悟通得以牵头制定薄膜压力传感器稳定性与抗蠕变的行业标准,从规则的跟随者转变为规则的制定者。

三、 产品矩阵:将“三元特性”注入多元场景

基于统一的材料平台,悟通构建了覆盖多场景的全栈感知方案,让“高柔性、高灵敏度、高稳定性”在不同产品中兑现价值:

·离电式电子皮肤:兼具皮肤般的柔性与人类皮肤般的高灵敏度,能同时感知垂直压力和切向力(三维力),为灵巧手提供丰富的触觉信息。

·灵巧手感知元件:核心优势在于高稳定性。它确保了灵巧手在执行精密装配或抓取易碎物时,不会因信号漂移而突然失控,实现了“一次抓握,长久稳定”。

·表面覆膜传感器:极致发挥高柔性与高灵敏度特性,可无缝嵌入毛绒玩具、智能家居表面,在“可爱经济”与物联网中注入真实的触觉交互价值。

·智能手套:通过高灵敏度捕捉人类抓握的精细力控数据,构建触觉数据库,反哺机器人学习,是推动具身智能泛化操作的关键工具。

四、超越机器人:用“三元统一”重新定义高端传感应用

悟通感控将经过机器人场景验证的薄膜传感技术,延伸至对可靠性要求极为严苛的储能与医疗领域,进一步证明了其技术平台的通用性与卓越性。

在储能安全领域,悟通首次将力学参量引入电池管理系统。利用薄膜传感器固有的高稳定性,其能够在电池模组3000牛初始预紧力的极端工况下长期稳定工作,通过对压力信号的精确感知,实现对锂离子电池热失控风险的早期预警,较传统电压/温度监测方式提前30-50分钟,为安全防护赢得了宝贵时间。

在医疗手术领域,数字化关节平衡感测仪展现了高灵敏度与高稳定性的临床价值。在膝关节置换手术中,传统方法依赖医生的主观手感经验。而悟通的离电传感器能将关节间隙的力学变化转化为直观、量化的数据,将手术从“经验艺术”推向“精准科学”,显著提升手术成功率和患者术后体验。相较于国外竞品,在实现性能代际领先的同时,终端价格大幅降低,打破了进口垄断。

结语:迈向具身智能的触觉基石

悟通感控的产业实践,清晰地勾勒出一条从材料根源创新,到产品平台化定义,再到场景多元化拓展的路径。它不再仅仅是一家传感器公司,而是一家以材料科学为引擎的全栈感知技术企业。

在即将到来的具身智能时代,智能体与物理世界的交互深度,将直接决定其智能上限。悟通感控所界定的 “高柔性、高灵敏度、高稳定性” ,已超越了单纯的技术参数,成为重新定义下一代触觉传感器的核心范式。这三大特性,共同构筑了机器理解物理世界、实现精准灵巧操作的感知基石。

从重新书写薄膜传感器的材料演进史,到将“三元统一”的理念注入机器人、储能、医疗的广阔天地,悟通感控正致力于让机器不仅“看得见”,更能“摸得着”、“握得稳”,从最本源的触觉层面,重塑人机共存的未来。

 

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