触觉感知最新突破！Nature Sensors又一力作

一、研究背景

触觉感知对机器人灵巧操作、人机交互（HRI）及扩展现实应用至关重要，但现有触觉传感系统存在传感器分辨率低、模态整合不完整、复杂触觉信号解读不足等问题。电子皮肤（e-skin）类触觉传感器因电极阵列密集易产生信号串扰，而视觉触觉传感器虽具备亚毫米空间分辨率，却受限于传感皮肤设计和成像带宽，难以整合多光谱和非成像模态，多数仅局限于可见光谱，无法满足复杂场景需求。

清华深丁文伯、港城大于欣格、NUS Changsheng Wu、大连理工解兆谦介绍了一种仿生多模态触觉传感器——SuperTac，其设计灵感源于鸽子的多光谱视觉。

二、研究亮点

1.  灵感源自鸽子的多光谱视觉和磁感知能力，首次将多光谱成像（紫外至中红外）、摩擦电传感与惯性测量整合，突破传统传感器的模态局限。

2.  1毫米厚的光场调制传感皮肤实现超高分辨率（0.00545 mm2 px?1），力测量精度0.06 N、位置精度0.4 mm，温度检测范围0-90℃，近距检测<15 cm，振动检测0-60 Hz，多维度识别准确率超94%。

3.  研发85亿参数的触觉语言模型DOVE，实现多模态触觉数据的精准解读、关系推理及语义关联，赋能机器人拟人化感知。

4.  成功集成于多指灵巧手和并行夹具，在人机交互场景中完成物体识别、抓取、分类等任务，验证了在制造、医疗、服务机器人领域的应用潜力。

三、研究内容

（一）传感器结构与设计

1.  传感皮肤：由导电层（PEDOT:PSS/TPU）、反射层、荧光层和支撑层组成，采用硅胶充气结构，可通过调节内部气压适配不同力传感范围（0-7 N），且兼容中红外测温（无需特殊光学玻璃）。

2.  多模态传感系统：整合多光谱成像模块（紫外、可见、近红外、中红外）、摩擦电信号采集模块（ADA4505芯片）、惯性测量单元（MPU6050）及照明模块，实现力、纹理、形变、温度等十大功能感知。

（二）性能表征

1.  核心性能：纹理识别准确率98%、颜色识别100%、材料分类95%、滑动检测97%、碰撞检测94%，温度传感精度0.25℃，经8万次测试仍保持稳定。

2.  专项测试：成功识别盲文（26个字母准确率100%）、0.07毫米发丝，3D重建均方根误差0.0892，适配软质/液态物体感知。

（三）触觉语言模型DOVE

1.  基于预训练大语言模型（Vicuna），融合CLIP特征提取与模态对齐技术，可处理多模态触觉输入并生成自然语言描述（如“黄色、室温、金属质感、表面凸起纹理”）。

2.  支持物体属性表征、跨物体触觉差异推理、功能推断等高级任务，单预测时间<6 ms，满足实时交互需求。

（四）应用验证

1.  机器人集成：在三指灵巧手和并行夹具上实现稳定抓取、滑动物体检测、碰撞规避。

2.  人机交互场景：完成指定特性物体筛选（如“光滑金属杯”）、多目标触觉比对、桌面物体分类（可回收/不可回收/复用）等任务，展现高效协作能力。

四、总结与展望

该研究通过仿生设计突破传统触觉传感器的模态和分辨率限制，构建了集多光谱成像、摩擦电传感、惯性测量于一体的SuperTac传感器，结合DOVE触觉语言模型，实现了“感知-解读-决策”的全链路拟人化触觉能力。其核心优势在于解决了传感皮肤兼容性和多模态数据解读难题，性能指标显著优于现有主流传感器。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s44460-025-00006-y