2025/05/14 07:08:27 6,470次浏览

我们先来做个小实验。

请你翻开冰箱，并从冰箱里捏起一枚生鸡蛋。

这时，你能感知到它的椭圆形状、微妙的重量，以及外貌细腻且略带粗糙的质感。更重要的是，你能精确控制施加的力度——既不会捏碎软弱的蛋壳，也不会让它从指间滑落。这种精细的力控能力源于我们指尖数以万计的触觉感受器，它们能同时感知多维度的力学信息，包括压力、纹理和温度。

图片来源：visiblebody

如今，机械人也正在获得这种神奇的能力。但关于机械人来说，这种对物理世界的精确感知需要通过视触觉传感器实现。这些传感器通常由柔性质料制成，内部嵌入压力传感元件和成像系统，能够捕获物体的形状、硬度、纹理等多种特性。近年来，视触觉传感器已经在人形机械人工业链中发挥越来越重要的作用，并成为实现机械人灵巧操作的要害技术环节。

01 什么是视触觉传感器？

视触觉传感器(Vision-Based Tactile Sensor，VBTS)是一种基于视觉的触觉感知装置。与古板的简单维度力传感器差别，它能够同时感知法向力（笔直于外貌）、剪切力（平行于外貌）、相对滑动和物体的位姿等多维信息，很是接近人手的触觉信息维度。

GelSight是视触觉传感器的典范代表。它于2009年由MIT盘算机科学与人工智能实验室的Edward Adelson研究团队首次提出。名称中的“Gel”指的是传感器外貌使用的弹性凝胶质料，而“Sight”则体现其基于视觉的事情原理——内置摄像头在LED灯光辅助下捕获物体接触凝胶外貌爆发的形变，通过盘算机视觉算法将这种形变映射为精确的触觉信息。

图片：Evolution of GelSight sensor configurations ；来源：ResearchGate

视触觉传感器的事情原理可以类比为一个微型的“接触成像系统”。当物体接触传感器外貌时，弹性质料会凭据接触力的巨细和偏向爆发差别水平的形变。这些形变通常肉眼难以区分，但借助特殊设计的光学系统和高区分率摄像头，可以将微小形变放大并转换为清晰的图像。

这些图像数据经过深度学习算法处理后，能够重建出接触外貌的三维压力漫衍图，甚至可以识别出物体的精细纹理特征，如指纹的脊线和谷线、布料的织纹，甚至纸币上的高低浮雕。

简单来说，与其他类型的触觉传感器相比，视触觉传感器具有以下优势：

首先，它提供的是高密度的触觉信息，而非离散点的采样数据，这使得触觉感知越发全面和精细。

其次，由于焦点感知元件是摄像头，因此制止了古板触觉传感器中大宗电子元件的庞大布线和情况滋扰（如温湿度、电磁）问题。

第三，弹性质料外貌具有很好的适应性，能够与种种形状的物体充分接触，提高感知准确性和接触的稳定性。

02 技术演进：从看法验证到实用化应用

视触觉技术的生长轨迹体现了一门新技术从理论到实践的渐进历程。

在技术降生初期，研究重点在于展示这种新型传感方法的可行性与优势。MIT的团队构建了一个包括数十种差别材质的触觉纹理数据库，包括织物、木材和砂纸等常见质料。通过这个系统，机械能够准确分类差别质料，证明视触觉传感器可以资助机械人实现物体特性的识别。

技术的重大突破泛起在机械人实际应用领域。研究团队将视触觉与机械臂集成，乐成实现了对小型零件的精确定位与操控。特别值得一提的是，这种传感器的区分率抵达了微米级别，使机械人能够感知极其细微的外貌变革，为精细操作提供了须要的反响信息。

通过视觉和触觉的结合，机械人展示了类人的精细操作能力和闭环控制功效。例如，在插拔USB接口等需要精准定位的任务中，视触觉传感器的加入显著提高了乐成率，减少了对精确预编程的依赖，增强了机械人在非结构化情况中的适应能力。

这些进展标记着视触觉技术从实验室看法走向实用工具的转变，为后续在更广泛领域的应用涤讪了基础。

近年来，视触觉传感器技术连续迭代，各研究机构和企业推出了多种革新版本。例如，英国布里斯托大学的TacTip接纳仿生设计，模拟人类指尖皮肤下的机械感受器结构 ；UC Berkeley的OmniTact实现了弯曲外貌的全方位触觉感知 ；商业化产品如GelSight具备精细纹理和稀疏切向力感知的能力。

随着质料科学、微电子技术和人工智能算法的不绝进步，视触觉传感器正变得更小型化、更灵敏和更智能化，为机械人付与真正的“触觉智能”，让它们能够像人类一样，通过触摸来认识和理解世界。

03 触觉争夺战：光学巨头专利围城下的新锐突围

然而，行业深度立异的燃烧点远未抵达，视触觉传感器的生长不可仅依循GelSight的光学路径这一简单技术轨迹。专利壁垒、技术瓶颈和应用场景的多样化需求正在催生越发多元的技术路线，推动行业突破立异天花板。真正的技术突破需要从传感原理、质料科学和算法架构等多维度进行深入立异，才华实现从实验室看法到工业级应用的质变。

从市场花样来看，目前主要有两种技术路线并行生长。

第一种路线是基于三色光的光度立体法原理，接纳高清摄像头捕获弹性体外貌的微小形变。这种计划的最大优势在于区分率较高。然而，庞大的结构设计导致传感器体积较大，小型化是一大挑战 ；同时，传感器发热量大、频率低、弹性质料的耐用性也亟待解决。

第二种路线是基于单色光的图案追踪原理，具体来说，传感器内部集成了摄像头，当物体接触传感器外貌时，摄像头能实时捕获密闭光场中的弹性质料上图案的形变特征，并结合解析算法解算光场变革，从而实现触觉感知能力。

这种计划乐成攻克了视触觉传感器算力要求高、发热量大、耐用性差等难题，显著降低了生产本钱。我们的被投企业戴盟机械人接纳的正是这一技术路线，并开创性地将传感器厚度减少到毫米级别，正在推动“全球最薄”视触觉传感器的工业化。

目前，两种技术路线均已应用于具体场景：

GelSight将基于三色光的光度立体技术应用于检测物品裂纹、缺陷的仪器 ；

戴盟机械人最新宣布的视触觉传感器DM-Tac W，接纳了基于单色光的图案追踪原理的技术路线。DM-Tac W每平方厘米笼罩4万个感知单位，远超于人手每平方厘米240个感知单位，是目今最密集的阵列式触觉传感器的数百倍，其空间区分率达0.1mm，付与夹爪等执行末端类人触觉能力，已应用于工业自动化、消费电子、智慧物流等场景。

从应用前景看，视触觉传感技术正在渗透到多个专业领域。在工业自动化领域，它使协作机械人能够轻柔地处理易碎物品，执行精密装配任务 ；在医疗领域，手术机械人配备视触觉传感能力后，可以更精确地感知组织特性，区分正常组织和病变组织 ；在工业检测中，它能识别肉眼难以察觉的外貌缺陷 ；在可衣着设备和虚拟现实领域，它提供真实的触觉反响，大幅提升虚拟情况的陶醉感。

值得注意的是，市场中目前保存一定的知识产权危害。但像戴盟这样接纳自主研发技术路线的企业，在产品性能和本钱方面取得了竞争优势，能更好地推动视触觉传感器市场将从实验室技术逐步走向大规模工业应用，推动整个机械人工业向更高条理生长。

资本市场对这一领域体现出的浓厚兴趣，也将加速技术迭代和工业化进程，推动市场从技术导向向应用导向过渡。在国家大力支持高端制造和机械人工业的配景下，海内视触觉领域的立异企业将迎来更辽阔的生长空间和越发多元化的应用场景，有望在全球竞争中占据重要一席之地。

04 投资逻辑与危害剖析

目今投资视触觉传感器行业的焦点逻辑在于，这是一个仍处于早期阶段但拥有明确增长路径的前沿技术领域。市场尚未形成绝对龙头，为创业公司提供了弯道超车的时机。

从技术角度看，视触觉传感在丈量力的维度、捕获物体纹理和硬度以及区分率等方面具有无可相比的优势。特别是其基于视觉的事情原理，使其能够与机械人的视觉系统形整天然协同，通过共享数据和模型，实现真正的视触融合控制，这一点关于未来通用机械人的生长至关重要。

然而，投资者也需要清醒认识潜在危害。首先，视触觉领域尚未形成类似盘算机视觉领域ImageNet那样的标准大规模数据集，也缺乏专门的触觉大模型。这使得技术生长面临数据和算法双重瓶颈。

其次，目今视触觉传感器的耐用性仍有提升空间。外貌质料恒久使用后可能爆发磨损或老化，影响传感精度和使用寿命，这对产品的商业化形成挑战。

在技术实现层面，实时处理视触觉图像需要相当的盘算资源，如何在包管性能的同时控制功耗和本钱，是产品工程化必须解决的问题。别的，由于物理结构限制，目今视触觉传感器的感知面积有限，与人类皮肤笼罩整个身体的触觉感知相比仍有差别。

尽管面临这些挑战，视触觉传感技术仍然展现出巨大潜力。与深度学习技术深度融合后，这一领域有望实现快速进步，加速从实验室研究向工业应用的转化。投资者需要关注技术突破、本钱下降和应用拓展这三个要害维度的进展，寻找最具潜力的投资标的。

05 总结：掀开感知革命的新篇章

随着人形机械人工业化进程加速，我们相信视触觉传感器有望成为市场增长最为迅猛的感知组件之一。未来，随着质料科学、微电子技术和人工智能算法的进步，视触觉传感器将越发小型化、低本钱化，并具备更高的耐用性和精度。

当这些突破汇聚，我们终将见证一个更具温度的人机交互时代：机械人手指能像人类一样轻柔地拾起花瓣，精准地完成微米级手术缝合，甚至通过远程触觉通报跨越千里的拥抱。

这不可是技术的进化，更是机械认知世界方法的基础厘革——从酷寒的二进制盘算，到充满感知的“血肉相连”。站在感知革命的门槛上，视触觉传感器正如二十年前的摄像头一样，即将从专业领域走向无处不在。

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机械人的“第六感”：视触觉传感器如何重新界说人机交互
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