视触觉传感器：人形机器人灵巧操作的关键路径
人形机器人在交互智能和运动控制方面已取得明显进步，这主要得益于人工智能大模型和深度学习技术的发展，同时也在视觉、听觉及运动感知能力上有所提升。
然而，当任务从宏观运动控制转向更精细的末端操作时，技术面临关键挑战。问题的核心在于触觉感知的缺失。
虽然现有视觉系统可准确识别物体外观与空间位置，但在操作中至关重要的力、振动、纹理和温度等物理信息方面却存在盲区。本体感知系统仅能监测关节内部状态（如角度、扭矩），而无法直接获取末端执行器（如手指）与环境之间的接触力和状态。
这种触觉感知的缺失，导致机器人在操作过程中缺乏必要的反馈闭环，从而难以在复杂任务中实现灵活、精准且安全的操作。
引入触觉感知不仅扩展了机器人感知维度，也使其能够理解物体特性与环境状态，例如硬度、表面纹理、力分布以及滑动趋势，这将帮助机器人在非结构化抓取和复杂操作中实现从“看得见”到“抓得稳、控得精”的提升，显著增强上肢操作的智能化。
视触觉传感器基础介绍
传统触觉传感器在机器人应用中存在感知模态有限、分辨率低、系统扩展性差等问题，难以支持高复杂度的操作。
相比之下，视触觉传感器通过摄像头捕捉接触过程中弹性材料的形变，将触觉信息转化为高分辨率的视觉信号，从而实现对力、纹理、温度和物体姿态等多模态信息的高精度感知。
1. 工作原理
视触觉传感器（Vision-Based Tactile Sensor, VBTS）是一种基于光学成像原理的触觉感知系统。其核心在于通过内置摄像头实时捕捉弹性接触表面在与物体交互时的微观形变，并将这些形变信息转化为触觉数据。
相较于传统单一维度的力传感器，视触觉传感器可以同步感知多维信息，例如法向力与剪切力、纹理特征和接触滑动趋势等，为机器人提供更接近人手的触觉感知能力。
2. 视触觉系统构成
视触觉传感器系统通常由四个模块构成：接触模块、照明模块、图像采集模块和信息处理模块。这些模块协同工作，完成从物理接触到数据解析的闭环流程。
- 接触模块：采用柔性透光材料（如硅胶或弹性聚合物）作为感知前端，内部嵌有微米级标记点。当物体接触时，这些标记点的位置和形状发生变化，转化为可测量的结构信号。
- 照明模块：主要采用LED阵列（近红外或可见光）进行照明，部分高端系统使用光纤或面光源，以提高图像对比度并减少环境光干扰。
- 图像采集模块：使用CMOS摄像头捕获接触模块的形变图像，记录标记点的变化，将物理形变转化为数字图像。
- 信息处理模块：通过算法模型从图像序列中解析触觉信息，是系统的“解析中枢”。
视触觉传感器特点分析
视触觉传感器将光学成像与深度学习相结合，通过算法建立视觉信息与触觉物理量之间的映射关系。
虽然其初期依赖大量高质量的标注数据和复杂训练，但因图像数据具有高分辨率特征，其理论性能上限明显优于传统触觉传感器。
视触觉传感器不仅解决了传统触觉感知在精度和模态上的瓶颈，也因其兼容性强的图像化数据格式，为机器人灵巧操作和多模态学习提供了感知基础。
其主要优势包括：
- 高分辨率：提供连续空间的触觉信息，能够捕捉微米级的表面纹理与几何特征。
- 多模态信息：可同步解析多种物理信息，包括法向力、剪切力、纹理和滑动趋势。
- 系统集成简化：核心感知单元为摄像头，避免了复杂布线和封装。
- 抗干扰性高：采用光学信号采集方式，对电磁干扰和温湿度变化具有天然抵抗力。
- 与AI天然兼容：图像格式输出可直接与主流视觉算法和AI模型结合。
尽管视触觉传感器具备巨大潜力，但其在硬件材料、算法效率和算力支持等方面仍需突破，才能实现复杂场景下的稳定应用。
目前面临的挑战包括：
- 难以在复杂曲面上实现大范围集成和无缝感知。
- 传感器物理极限与系统控制需求之间的差距尚未弥合。
- 图像处理的延迟影响了实时闭环控制。
主流企业重点信息梳理
在视触觉传感器领域，多家企业正推动技术进步，探索多样化解决方案。
1. GelSight
GelSight Inc. 成立于2011年，由 MIT Edward Adelson 教授团队创立，专注于3D触觉传感技术。
GelSight 技术始于2009年，基于三色光原理，结合弹性材料与摄像头，通过视觉图像映射触觉信号。2013年，该技术首次应用于机器人触觉感知，2014年推出全球首个10微米级别指尖视触觉传感器。
2018年，GelSight 推出了 GelSlim，2022年进一步优化为 GelSlim 3.0，并推出售价 499 美元的 GelSight Mini。
2. 戴盟机器人
戴盟（深圳）机器人科技有限公司成立于2021年，由王煜教授和段江哗博士创立，深耕视触觉、多指灵巧手及机器人学习。
其首款产品 DM-Tac W 采用单色光原理，具备超高密度感知能力、多维力同步解算、原创单色光技术和高实时性，适用于高速动态操作。
3. 纬钛机器人
纬钛机器人成立于2024年，由MIT李瑞博士创立，致力于打造高性能视触觉传感器。
其产品 GF225 具备高分辨率（10 微米级）、多维力测量、柔性物体操作能力及强环境抗干扰性，并支持多种工具集成。
4. 一目科技
一目科技成立于2016年，专注于多模态感知与AI技术融合。其视触觉传感器采用仿生设计，具备微米级精度、高帧率和强耐用性。
通过全栈仿真优化，公司加快了产品迭代，并减少开发成本。
5. 叠动科技
叠动科技成立于2025年，结合MEMS工艺与视触觉传感器技术，研发出毫米级高性能传感器。
其产品已获日内瓦发明奖金奖，并完成与隆盛科技的战略合作，加速触觉感知在多个领域中的应用。