隨著機器人技術從“預設程序執行"向“具身智能交互"發展，機器人與環境的物理交互能力成為制約其自主性與適應性的關鍵瓶頸。觸覺感知作為機器人理解物體屬性、實現精細操作、保障人機安全的核心傳感方式，其重要性日益凸顯。然而，當前機器人的觸覺系統在感知維度、分辨率和信號理解能力上仍遠遜于人類，難以支撐復雜、動態的真實場景任務。近日，清華大學深圳國際研究生院丁文伯團隊聯合多所研究機構，從鴿子的多光譜視覺與非成像感知機制中汲取靈感，提出一種仿生多模態觸覺傳感器（SuperTac），將多光譜成像、摩擦電傳感與慣性測量融為一體，并通過構建觸覺語言模型（DOVE）實現觸覺信號的理解與推理，旨在推動機器人觸覺感知向“人類水平"邁進，為智能制造、醫療輔助與服務機器人等領域提供新一代觸覺解決方案。相關成果發表在Nature Sensors期上，也是國內機構以單位發表在該期刊上的文章。

研究背景

在觸覺傳感技術領域，現有主流方案主要包括電子皮膚與視觸覺傳感器兩類，但均存在顯著不足：

電子皮膚傳感器雖能通過多功能材料實現多模態感知，但提升空間分辨率需依賴密集電極陣列，易導致信號串擾、系統復雜、穩定性下降，難以兼顧高分辨率與多模態融合;

視觸覺傳感器通過光學成像實現亞毫米級分辨率，易于與計算機視覺模型結合，但其感知譜段通常局限于可見光，缺乏對溫度、材質、接近感等非成像模態的融合能力，限制了其在多物理場環境中的全面感知;

當前觸覺系統普遍面臨觸覺信號解讀能力薄弱的問題，缺乏能夠融合多模態觸覺信息并進行語義推理的智能模型，導致機器人“有感無知"，難以實現類人的觸覺認知與交互決策。

設計與測試

生物靈感來源

受到鴿子視覺系統的啟發，本工作的設計借鑒了其視網膜中多類型視錐細胞的分工機制，特別是紫外敏感細胞，以拓展傳感器的光譜感知范圍。同時，模擬了鴿子視網膜中用于磁場感知的特殊分子機制，將非成像感知能力遷移至觸覺傳感領域，從而突破傳統視覺傳感的局限。

效仿生物神經系統對多感官信息并行處理與協同融合的原理，構建了多模態傳感物理系統：通過紫外波段實現標記點追蹤與滑動識別；可見光波段用于顏色與環境視覺感知；近紅外波段專攻紋理與接觸力分布檢測；中紅外波段負責溫度場測量。

結合基于PEDOT:PSS透明導電層設計的摩擦電傳感模塊，通過接觸靜電荷差異識別材質并實現接近感知；集成MPU6050慣性測量單元實時采集三維姿態與加速度數據，支持碰撞檢測與振動分析；最終通過氣壓可調的硅膠充氣支撐結構構成自適應感知皮膚，動態調節0-7N力感知范圍，實現對復雜曲面的高保真輪廓重建。

感知皮膚設計

感知皮膚采用總厚度僅1mm的四層薄膜堆疊結構：導電層由PEDOT:PSS/TPU復合薄膜構成，通過渦旋線電極設計實現均勻信號分布，兼具高透明度與良好導電性；熒光層采用紫外熒光油墨，可在紫外光下顯影、近紅外下透明，實現工作模式切換與標記追蹤；反射層為銀粉/硅膠復合材料，具備單向鏡效應，能通過光強控制實現不同波段的透明/不透明切換；支撐層采用氣壓可調的硅膠充氣薄膜，不僅提供機械支撐，更具備優于傳統亞克力的中紅外透過性。

基于反射層的光控透明特性，系統實現智能工作模式切換：觸覺模式下內部光源開啟，薄膜呈不透明狀態，實現表面紋理和力的精確檢測；視覺模式下內部光源關閉，薄膜轉為透明狀態，允許外部環境光的直接觀測，形成獨特的光場調制機制。

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