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隨著具身智能技術(shù)的發(fā)展，機器人與人類的互動場景日益豐富，對機器人的高階觸覺感知提出了更高要求。然而，目前觸覺傳感系統(tǒng)在空間分辨率、多維感知和信號解讀能力等方面仍與人類觸覺存在顯著差距。視觸覺傳感器（visuotactile sensor）通過成像手段實現(xiàn)亞毫米級分辨率，但在多光譜感知等方面依然面臨挑戰(zhàn)（圖1）。在此背景下，如何突破觸覺傳感器的分辨率極限、提升多模態(tài)融合能力，并實現(xiàn)多模態(tài)觸覺信號解讀，成為推動機器人“類人觸覺”發(fā)展的核心科學(xué)問題。

圖1.安裝有多模態(tài)視觸覺傳感器的靈巧手渲染圖

圖2.生物啟發(fā)原理及其應(yīng)用場景

近日，清華大學(xué)深圳國際研究生院丁文伯副教授團隊聯(lián)合國內(nèi)外多家單位，成功研發(fā)出一種受鴿眼啟發(fā)的多模態(tài)高分辨率觸覺傳感器（SuperTac），取得了機器人觸覺感知能力的重要進展（圖2）。

圖3.內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能表征

SuperTac創(chuàng)新性地將中紅外至紫外波段的多光譜成像與摩擦電信號相結(jié)合，設(shè)計了基于導(dǎo)電聚合物、熒光層、反射層和支撐層的多層超薄感知皮膚。SuperTac具備力感知范圍調(diào)整能力，實現(xiàn)了微米級的高分辨率和多模態(tài)高精度測量（力、位置、溫度、接近、振動），并且對于不同物理屬性如材質(zhì)、紋理、滑動、碰撞和顏色等信息的感知精度均超過94%（圖3）。

圖4.觸覺感知模型及應(yīng)用實驗

圖5.傳感器實物圖

圖6.安裝SuperTac的靈巧手

為了充分挖掘傳感器的多模態(tài)感知潛力，團隊還自主構(gòu)建了擁有8.5億參數(shù)的觸覺語言模型DOVE，能夠理解豐富的觸覺信息，賦予機器人類人觸覺感知和環(huán)境理解能力（圖4）。目前，SuperTac（圖5）已成功集成至機器人靈巧手中（圖6），支持遠程實時狀態(tài)反饋，有望在制造、醫(yī)療、服務(wù)機器人等領(lǐng)域發(fā)揮變革性作用。

研究成果以“仿生多模態(tài)觸覺傳感實現(xiàn)類人機器人感知”（Biomimetic Multimodal Tactile Sensing Enables Human-like Robotic Perception”）為題，于1月15日發(fā)表于《自然·傳感器》（Nature Sensors）。

清華大學(xué)深圳國際研究生院2025屆博士畢業(yè)生李壽杰、2023級博士生吳同、2023級碩士生徐建樂為論文第一作者。清華大學(xué)深圳國際研究生院副教授丁文伯、大連理工大學(xué)教授解兆謙、新加坡國立大學(xué)助理教授吳昌盛和香港城市大學(xué)教授于欣格為論文通訊作者。清華大學(xué)深圳國際研究生院教授王學(xué)謙，博士后趙洪發(fā)、呂楚橋，上海大學(xué)副研究員葉林奇，加州大學(xué)伯克利分校博士后王子涵，深圳國際研究生院2024級碩士生黃炎、2022級博士生徐慶昊、2025屆碩士畢業(yè)生穆世龍，大連理工大學(xué)2024級博士生張宗文以及美國南加州大學(xué)2025級博士生楊洋為研究提供了大力支持。研究得到國家重點研發(fā)計劃、深圳市科技計劃項目、廣東省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)研究團隊項目以及清華大學(xué)深圳國際研究生院–深圳鵬瑞青年教師項目的支持。