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2023年12月，特斯拉发布 Optimus Gen2的最新视频。视频显示，Optimus Gen2能精准地抓握鸡蛋，并完成抓取、传递等动作。最大的亮点在于其每个手指指尖配置触觉传感器，实现对物体强大的控制、感知和抓取能力，并且能呈现出接触点的多少及亮度。今天，我们就来探讨学习触觉传感器的原理，市场空间，及国内相关企业的发展情况等，以便大家对行业有更深入的了解。
图|特斯拉人形
来源：特斯拉发布视频
与人类一样，机器人通过触觉完成：传感-感知-决策，实现对环境更好的理解和交互，相较于视觉，触觉在机器人对物体的材质特征和细节信息理解上更胜一筹。
机器人通过触觉更好地表征物体的局部几何形状和接触力的大小、方向，单一的视觉反馈机制，限制了机器人对物体材料属性、形状、粗糙平滑等特征的分析与判断，使得机器人在操作中动作不准确、不稳定，交互过程“笨拙”，无法适应精细、复杂、多变的工作场景。随着通用型人工智能技术的发展和人形机器人全球发展的势能集聚，人形机器人触觉感知迎来了应用刚需。
触觉传感器是机器人直接感知环境作用的重要传感器，能够实现与环境接触力、温度、湿度、震动、材质、软硬等特性的检测。触觉传感器接触面积越大，获得的信息量越大。在触觉传感阵列中单位面积内传感单元数量越多，即触觉传感阵列分辨率越高，获得的物体信息越准确。
一、柔性触觉传感器简介
1.1、柔性触觉传感器
柔性触觉传感器是利用柔性材料的物理特性，将外部的力学量转换为电学量，从而实现对触觉感知的传感器产品，具有高灵敏度、高柔韧性、响应速度快、延展性高甚至可以自由弯曲折叠等特点。
柔性触觉传感器从敏感元件的感应原理上主要分为：压阻式（电阻）、压电式、电容式、光电式、磁敏式、光纤式和超声式等，其中电容、压阻、压电是常用的原理方法。目前电容式是最主要的细分产品，占据大约54.6%的份额。
图|不同感应原理优缺点
来源：朱宏伟《触觉传感器的现在与未来》、与非研究院整理
柔性触觉传感器材料选择包括敏感材料(半导体、有机聚合物、碳纳米管、石墨烯等)和柔性基底材料。柔性基底材料需要具有轻薄、透明、柔性和拉伸性好、绝缘耐腐蚀等性质，材质一般为硅橡胶、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等。日本公司XELA Robotics应用于机器人的产品uSkin采用的就是硅橡胶。
柔性触觉传感器的价值较高。根据文献一只灵巧手的五只手指若全部配备以硅橡胶为基底的多阵列柔性触觉传感器，需要花费812美元
1.2、市场空间
据 QYResearch最新报告显示，预计 2029 年全球柔性触觉传感器市场规模将达到 53.2亿美元，未来几年年复合增长率 CAGR 为17.9%。
图|柔性触觉传感器全球市场规模
来源：QYResearch
随着新材料和新工艺的发展，触觉传感器开始向柔性化、轻量化、高灵敏度的方向发展，相应的应用领域也获得了较大的扩展，除了智能机器人领域发展较快外，柔性触觉传感器在工业设备、医疗器械、消费电子、体育器材、纺织行业、航空航天、环境勘测等领域也获得了广泛应用。
全球范围内柔性触觉传感器生产商主要包括 Novasentis、Tekscan, Inc.、Japan Display Inc. (JDI)、Baumer Group、Fraba Group、Syntouch、Canatu、Sensel、FORCIOT、钛深科技（深圳）有限公司等。2022年，全球前五大厂商占有大约 57.1%的市场份额。
二、国内主要公司
全球机器人触觉传感始于1970年代，直至2010年后迎来爆发期，我国触觉传感器布局较晚，目前尚处于发展初期。相较于国际市场，国内触觉传感器发展面临工艺复杂、技术难度高以及成本过高导致的商业化受限等问题。但是，也有很多公司开始了触觉传感器的布局。
2.1、帕西尼感知
PaXini Tech 是一家拥有前沿触觉核心及自动化技术的公司，公司创始成员来自于日本早稻田大学机器人实验室，实验室拥有最前沿技术并发布了世界上第一款人形机器人。延续优秀的研发资质，公司拥有行业一流的机器人产品及方案，包含多维度触觉传感器PX-6AX、消费级触觉传感器PX-3A、触觉灵巧手DexH5 以及人形机器人Tora，为智能制造、康养医疗、工业生产、消费电子等领域客户提供行业领先机器人产品和解决方案。
图|帕西尼触觉产品
来源：帕西尼官网
2023年，世界机器人大会上，帕西尼发布行业首款以多维度多阵列触觉感知为核心的人形机器人Tora（触觉智能人形机器人）。Tora融合先进的视触觉多模态感知技术，双手表面搭载180余个多维触觉传感器，可检测压觉、力觉、滑觉等15种物理量，采样频率高达1000HZ，力控精度高达0.01N，可灵敏感知接触面上亚毫米级别微小形变。
2.1.1、多维触觉传感器PX-6AX
其柔性阵列上亚毫米级别的微小形变场能被瞬间捕捉，同时还能为机器人提供滑动、摩擦、纹理、温度等额外信息，让机器人拥有媲美人类的灵动丰富触觉。
图|触觉感知功能解析
来源：帕西尼官网
在传统三维/六维力检测的基础上，安装在 PX-6AX 上的柔性传感阵列能额外为机器人提供滑动、摩擦、纹理、温度等额外信息，使得机器人能在更丰富多元的场景下完美感知，完成复杂的自适应动作。
2.1.2、触觉灵巧手DexH5
帕西尼触觉灵巧手DexH5是一款多自由度机器人手与触觉传感器完美集成的产品,借助数百个(180)触觉传感单元和人工智能算法，DexH5可以实现如人手一般灵活的各类常见操作，灵敏的触觉感知和丰富的触觉数据将为众多领域带来革命性的突破。
多维度触觉传感器能感知多种触觉输入，为机器人、计算机、通信、消费电子等领域带来了更丰富多样化的用户体验，并增强设备性能，使其进一步升级。通过将多维度触觉传感器集 成到设备中，可以让用户在使用时感受到更加真实、沉浸式的触觉反馈。
2.2、能斯达
苏州能斯达电子科技有限公司成立于2013年，是创业板上市公司汉威科技的成员企业。公司目前已建立了稳定的纳米敏感材料体系，掌握了柔性压阻、柔性压电、柔性温湿度、柔性电容四大核心技术，确立了柔性压力传感器、柔性压电传感器、柔性织物、柔性应变传感器、柔性温湿度传感器、柔性热敏传感器、柔性电容传感器七大产品系列，拥有百余项核心专利，拥有一条年产1000万支柔性传感器的超净印刷线和组装线。公司致力于成为柔性感知产业的领航者，专注于柔性智能感知解决方案，全力打造“柔性+”生态系统。
2.2.1、ZNS-01 柔性薄膜压力传感器
ZNS-01 柔性薄膜压力传感器是一种电阻式传感器，输出电阻随着施加于传感器表面压力的增大而减小，通过特定的压力-电阻关系，可以测量出压力大小，可广泛应用于人机交互、智能机器人、可穿戴设备、生理健康检测等领域。产品特点：超薄，厚度不超过 0.3mm；功耗低 、稳定性优异；灵敏度高、检测范围宽等。售价299起。
图|柔性薄膜压力传感器
来源：能斯达电子产品介绍
ZNS-01 柔性薄膜压力传感器可用于机器人触觉感知传感器、智能手套上压力检测等。
2.3、力感科技
力感科技成立于 2016 年，是一家中国科学院孵化的创新型企业。公司依靠传感器、软件、算法等专业知识，为消费电子和健康领域提供力感应技术的解决方案，开发出智能床垫传感器、硬件开发模块等产品，服务于智慧养老、保健康复等领域。目前公司产品包括薄膜压力传感器、阵列传感器等。
图|力传感技术的工作原理
来源：力感科技官网
2.3.1、力感应电阻器
超薄且柔软的压力感应技术正在被越来越多的使用，薄膜压力传感器由综合机械性能优异的聚酯薄膜、高导电材料和纳米级压感材料组成。
图|薄膜压力传感器
来源：力感科技官网
2.3.2、压感材料
底层是柔性薄膜和复合其上的导电层，顶层是柔性薄膜和复合其上的压感材料。两者通过双面胶贴合，并隔离上下两层的感应区域。
图|压感材料
来源：力感科技官网
2.3.3、FS-INS-16Z阵列传感器
FS-INS-16Z 足底压力传感器是拥有16个独立感应区，感应区的输出电阻随外部压力的变化而发生相应变化的柔性薄膜压力传感器。
2.4、钛深科技
钛深科技作为一家新型技术型企业，专注于锂电池全生命周期管理，旨在解决锂电安全以及梯次利用等方面的诸多问题。公司成立于 2018 年，总部位于深圳，同时在北京、成都和常州设有研发团队和市场团队。
2.4.1、离电子传感技术介绍
公司首席科学家潘挺睿教授团队于2010年在国际上首先提出了不同于现有电阻式、电容式和压电式传感之外的，第四代传感机理-界面离电子触觉传感技术，离电子传感器采用全新的压力感应原理，通过可形变的离子材料层和柔性导电材料表面的接触面积改变来感知外部压力。
图|薄膜分布式压力传感器
来源：钛深科技
除技术参数全面领先外，离电子传感可提供实时的、高质量的、低噪声的触觉信号，同时可拥有全柔性、光学透明及超薄封装等特性；其“灵、柔、透、密、广”的特性使产品在消费电子、工业、医疗等领域具备独有的竞争优势。
图|传感器性能
来源：钛深科技
2.5、埔慧科技
广州埔慧科技有限公司围绕新型微结构柔性触觉传感器技术，基于中科院长春应用化学研究所在功能弹性体材料、导电高分子柔性电子器件等领域扎实的研究基础，在广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院成果转化的支持下，突破新型柔性传感器材料、设计、制造、封装、测试和应用等技术瓶颈，实现新型微结构传感器的批量化生产和产业化应用。
2.5.1、结构机理
微结构柔性触觉传感器主要由微结构基底、导电涂层、采集电极、封装层组成。
图|微结构柔性触觉传感器
来源：埔慧科技官网
微结构柔性触觉传感器为压阻响应原理，具有表面微结构的材料在受压时发生形变，改变导电层与电极间接触面积以及接触电阻，进而关联压力-电学信号，实现触觉感知功能。
2.5.2、柔性传感器特性
基于表面微结构的新一代柔性压力传感器技术。当受力产生压缩时，其接触电阻会发生变化。
通过特定的压力-电阻关系，可测量出压力大小，因此可做为压力传感器。
薄、柔; 高分子材料，厚度小于0.4mm，可弯折。灵敏度高，测试量程范围宽。响应点低至5Pa，量程可定制。响应速度快（＜10ms），寿命长（＞100万次）。电阻值1-10kohm级别，功耗相对较低。形状结构可随意设计，以满足不同场景的不同需求。可制备多通道高密度阵列传感器，最小单元可达0.5*0.5mm。
2.5.3、定制服务
根据具体产品和场景需求定制各类形状、尺寸的传感器元器件。
图|产品尺寸
来源：埔慧科技官网
公司产品的应用场景涵盖测量设备，触控交互，医疗设备，健康监测等领域，为客户提供高灵敏度柔性压力传感器元件与阵列系统，解决企业在应力分布图像获取、动作识别、人体微信号检测等方面的需求，为企业产品实现数字化、智能化升级提供新型传感器解决方案。
2.6、慧闻科技
慧闻科技是一家从事智能传感器研发、生产和销售，同时提供人工嗅觉与压感解决方案的国家级高新技术企业。公司于2014年由具有多年传感器研发和应用经验的科学家团队在苏州成立，目前已研发出针对多种有毒有害气体的传感器芯片、各类压力传感器及相应的检测模块，产品被广泛应用于工业安全，智能家居家电，环境监测，品质监测，健康医疗等领域。
公司也在不断地开发在人工触觉领域的应用，慧闻科技陆续推出了柔性压阻式薄膜传感器以及柔性压电式薄膜传感器，让企业的产品线更加丰富完善。
2.6.1、压阻型薄膜传感器
图|产品种类
来源：慧闻科技官网
2.6.2、压电型薄膜传感器
图|压电型柔性薄膜压力传感器
来源：慧闻科技官网
三、总结
柔性触觉传感器应用空间广阔，核心技术壁垒高筑。国内厂商通过多年产业、技术积累，已经涌现出像帕西尼这样的从触觉传感器到触觉机器人全产业链公司，还有能斯达、力感科技、钛深科技、埔慧科技和慧闻科技这些专注柔性触觉传感器研发的公司。未来人形机器人的快发发展，将驱动触觉传感器市场高速增长，加速导入核心客户，实现国产替代。
