视触觉传感器或将成为人形机器人实现灵巧操作的关键突破
近年来，人形机器人在交互与运动智能方面的进步显著，这离不开AI大模型与深度学习技术的推动，也得益于视觉、听觉和本体感知等感知能力的提升。
然而，当任务从宏观动作控制转向精细操作时，机器人面临一个明显的技术瓶颈。这一瓶颈的核心在于触觉感知的缺失。当前的视觉系统虽可识别物体形状与空间位置，但难以捕捉操作过程中至关重要的力、振动、纹理和温度等物理参数。
同时，本体感知主要关注关节内部电机状态（如角度与扭矩），无法直接反映末端执行器（如手指）与环境之间微观的交互行为。这种信息缺失，使得机器人在操作的临界接触阶段缺乏反馈机制，影响其精准、灵活且安全地执行复杂任务。
触觉感知的加入不仅扩展了机器人的感知维度，还赋予其理解物体属性与环境状态的能力，包括材料硬度、表面纹理、受力分布及滑移趋势等。这有助于机器人从“看得见”向“抓得住、控得准”迈进，显著提升上肢操作的智能化。
视触觉传感器的基本原理
传统触觉传感器在机器人应用中面临诸多限制，如感知模态单一、精度与分辨率不足、系统扩展性差，难以应对复杂场景下的高阶操作。
相较之下，视触觉传感器通过摄像头捕捉接触过程中弹性体的形变，将其转化为高分辨率的视觉信号，从而实现对多种触觉特征（如力、纹理、温度、姿态）的高精度感知。
1. 视触觉传感器的工作原理
视触觉传感器（Vision-Based Tactile Sensor, VBTS）是一种基于光学成像的触觉感知装置。其核心机制是利用内置摄像头实时捕捉弹性接触表面在与物体互动时产生的微小形变，并将其转化为高精度的触觉测量数据。
与传统单一维度的力传感器不同，视触觉传感器能够同步获取多维信息，包括法向力、剪切力、表面纹理及滑动趋势等。这种多模态感知能力使其接近人手的触觉感知水平，为机器人灵巧操作提供坚实基础。
2. 视触觉系统的组成结构
视触觉传感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。这四者协同运作，实现从物理接触到图像捕捉再到数据解析的闭环感知。
1）接触模块是感知前端，通常采用柔性透光材料（如硅胶或弹性聚合物），内部嵌有微米级标记点。接触时产生的形变可通过这些标记点的变化反映压力、剪切力及滑移状态。
2）照明模块负责提供均匀光线，多采用LED光源（近红外或可见光），部分高端设备使用面光源或光纤光源，以增强图像对比度并减少环境光干扰。
3）图像采集模块以CMOS传感器为核心，负责记录标记点的形变图像。事件相机、多相机系统或红外相机则可针对特殊场景提供定制化支持。
4）信息处理模块为系统的核心大脑，负责解析图像数据并提取触觉信息。
视触觉传感器的优势与挑战
视触觉传感器结合了光学成像与深度学习，通过图像解析力、纹理、滑动等触觉特征。尽管其前期数据采集和模型训练成本较高，但其图像化、高分辨率的感知方式，使其具备超越传统触觉传感器的潜力。
具体优势包括：
- 高分辨率：提供连续的触觉信息，而非离散采样，可捕捉微米级纹理与几何特征。
- 多模态感知：能同时解析多种物理量，如法向/剪切力、滑动趋势、表面纹理等。
- 集成简便：以摄像头为核心感知元件，避免大量电子元件带来的布线与封装复杂性。
- 抗干扰性强：光学信号采集方式使其对电磁干扰、温湿度波动具有天然抵抗力。
- 与AI高度兼容：输出为标准图像格式，可与主流计算机视觉算法和大模型无缝结合。
尽管如此，视触觉传感器仍面临若干挑战。例如，难以在复杂曲面实现无缝集成，高精度成像对光路和视角有较高要求，限制了传感器微型化和广泛部署。此外，传感器对微弱力和位移响应不足，图像处理延迟也对实时控制构成挑战。
行业企业与技术进展
在视触觉传感器领域，多家企业和研究机构正积极布局并取得显著进展。
1. GelSight
GelSight Inc. 成立于2011年，由MIT CSAIL实验室的Edward Adelson教授团队创立。其核心产品GelSight传感器基于三色光原理，利用弹性接触材料与内置摄像头结合，实现高精度触觉感知。
2014年，该团队推出了全球首个10微米级别的指尖视触觉传感器。2022年推出的GelSight Mini，售价499美元，广泛适用于科研与工业应用。
2. 戴盟机器人
戴盟（深圳）机器人科技有限公司成立于2021年，总部位于深圳，2023年正式运营。公司由王煜教授与段江哗博士联合创立，专注于触觉感知与灵巧手研发。
2025年4月，戴盟推出首款高分辨率、高频率视触觉传感器DM-Tac W。其采用单色光图案追踪技术，结合算法重建三维形变场，实现超高密度触觉感知。
3. 纬钛机器人
纬钛机器人成立于2024年，由李瑞博士创办，其在MIT期间与Edward Adelson教授共同发明了GelSight传感器。
2025年，公司发布GF225视触觉传感器，具有10微米级分辨率和多维力测量能力，适用于柔性物体操作，并提供Linux SDK支持多种AI工具集成。
4. 一目科技
一目科技成立于2015年，总部设在硅谷，2016年在中国设立分支机构。公司专注于多模态感知与AI技术，提出“感知-计算-执行”全链路解决方案。
2025年IROS上，一目科技展示了自主研发的仿生视触觉传感器。该传感器具备0.005N力分辨率、8ms响应时间及120fps输出帧率，适用于复杂工业环境。
5. 叠动科技
叠动科技成立于2025年，总部设在深圳，致力于视触觉传感器与MEMS工艺结合，研发毫米级高性能传感器，并荣获第50届日内瓦发明奖金奖。
公司已获得隆盛科技战略投资，将推动触觉感知在工业、医疗等领域的规模化应用。