盖世汽车讯 机器人的视觉和运动能力日益增强，但触觉仍然是其主要弱点之一。据外媒报道，剑桥大学（University of Cambridge）的研究人员开发出了一种微型触觉传感器，有望赋予机器人更接近人类触觉的感知能力。

该传感器基于液态金属复合材料和石墨烯——一种二维碳材料制造。这种“皮肤”不仅能让机器人感知到其施加在物体上的力度，还能感知到力的方向、物体是否滑动，甚至表面的粗糙度，其空间分辨率之小足以媲美人类指尖。相关研究成果发表于期刊《Nature Materials》。

图片来源：剑桥大学

人类手指依靠多种机械感受器同时感知压力、力、振动和纹理。在人工系统中重现这种多维触觉感知是一项重大挑战，尤其是在需要兼具小型化和耐用性以满足实际应用需求的设备中。

主导这项研究的是剑桥大学石墨烯中心（Cambridge Graphene Center）的Tawfique Hasan教授，他表示：“大多数现有的触觉传感器要么体积过大，要么过于脆弱，要么制造工艺过于复杂，要么无法准确区分法向力和切向力。这一直是实现真正灵巧的机器人操作的主要障碍。”

为了克服这一难题，研究团队开发了一种柔软且富有弹性的复合材料，该材料由石墨烯片、可变形金属微滴和镍颗粒组成，并嵌入硅基质中。

受人体皮肤微结构的启发，研究人员将这种材料塑造成微小的金字塔状结构，有些金字塔的直径甚至小至200微米。这些金字塔结构能够将应力集中在尖端，使传感器能够在保持宽广测量范围的同时，检测到极其微小的力。

最终研制出的触觉传感器灵敏度极高，足以探测到一粒沙子。与现有的柔性触觉传感器相比，这款新型传感器的尺寸和探测极限都提升了近一个数量级。

该传感器还能区分剪切力和正压力，从而能够检测物体何时开始滑动。通过测量每个金字塔下方四个电极的信号，该传感器可以实时地通过数学方法重建完整的三维力矢量。

在演示中，该团队将传感器集成到机器人抓取器中。这些机器人能够抓取易碎物体，例如细纸管，而不会将其压扁。与依赖物体属性先验信息的传统力传感器不同，这套新系统能够通过滑移检测实时调整。

在更小的尺度上，微型传感器阵列可以通过分析力的大小和方向来识别微小金属球的质量、几何形状和材料密度。这为微创手术或微型机器人等领域的应用打开了大门，因为在这些领域，传统的力传感器体积过大。

除了机器人技术之外，这项技术对假肢领域也可能具有重大意义。先进的人工肢体越来越依赖触觉反馈来为用户提供触觉。高灵敏度、微型化的三维力传感器能够实现更自然的物体交互，从而提升控制力、安全性和用户信心。

该研究的第一作者Guolin Yu博士表示：“我们的研究表明，无需笨重的机械结构或复杂的光学器件即可实现高分辨率的三维触觉传感。通过将智能材料与仿生皮肤结构相结合，我们实现了与人类触觉极为接近的性能。”

展望未来，研究人员认为这些传感器可以进一步小型化，尺寸可能小于50微米，接近人类皮肤中机械感受器的密度。未来的版本或许还能集成温度和湿度传感功能，从而更接近完全多模态的人工皮肤。

随着机器人越来越多地走出受控的工厂环境，进入家庭、医院以及各种不可预测的真实世界，触觉技术的进步可能会带来变革——使机器不仅能够“看”和“行动”，还能真正地“感受”。