隨著具身智能技術的發(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)原理及其應用場景

近日，清華大學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)部結構及功能表征

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合，設計了基于導電聚合物、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、服務機器人等領域發(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。清華大學深圳國際研究生院副教授丁文伯、大連理工大學教授解兆謙、新加坡國立大學助理教授吳昌盛和香港城市大學教授于欣格為論文通訊作者。清華大學深圳國際研究生院教授王學謙，博士后趙洪發(fā)、呂楚橋，上海大學副研究員葉林奇，加州大學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2024級博士生張宗文以及美國南加州大學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深圳國際研究生院–深圳鵬瑞青年教師項目的支持。