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傳感器疏察，被愚鈍的機器人“國（guó）產觸覺”

2019-4-26 來源：- 作者：-

　　給一個壓力（lì），還一個（gè）電信（xìn）號。觸覺傳（chuán）感器的簡單轉變就能讓真實（shí）世界以“二進（jìn）製”的方式傳給（gěi）機器人。

　　“一點點壓（yā）力就能產（chǎn）生匹配的電流（liú）。”在加了形容詞（cí）後，這個轉變困難了一些，西（xī）北工（gōng）業大（dà）學副教授楊鵬飛（fēi）解釋，要靈敏地捕捉（zhuō）到“一點點”的（de）輸入，並（bìng）給出嚴格匹配的輸出。

　　“需要穩定、精（jīng）確的輸出，並且消除（chú）不同‘維’間的耦合幹擾。”東南大學（xué）教授宋愛國的進一步闡釋意味（wèi）著這種轉變難上加難。

　　這個（gè）信號轉變的穩（wěn）定實（shí）現（xiàn），讓巴掌大小的日本陣（zhèn）列（liè）式（shì）產品即便賣（mài）到10萬元，也能在科（kē）研和產業市場占（zhàn）盡先（xiān）機。“靠進口（kǒu）”是科技日報記者日前多方（fāng）調查該產品消費者的一致答案。

　　行業內，工藝不過關（guān）

　　精確、穩（wěn）定（dìng）的嚴苛要求，攔住了我（wǒ）國大部分企業向觸覺傳感器邁進的步伐，目前國內傳感器企業大（dà）多從事（shì）氣體、溫度等類型（xíng）傳感器的（de）生產。在一個（gè）有著（zhe）100多家企業的行業中，幾乎沒有傳感器製造商進行觸覺傳（chuán）感器的生產。

　　“我們曾委托深圳的一家企（qǐ）業製作陣列式觸覺（jiào）傳感器（qì），但因為（wéi）工（gōng）藝不過關，產品的一致性比較差，傳感器陣列中點與點的性能無法做到一樣。”宋愛國的經曆可能（néng）並不是個例。

　　“我們的大部分關鍵零部件都（dōu）是國外進口。”國（guó）內（nèi）某知名機器人製造企業負責人表示，包括觸覺傳感器、減速器在內的國內產品，在穩定性、一致性方麵不（bú）太過關。

　　“傳（chuán）感器用國外進口的。”楊鵬飛所（suǒ）在（zài）的生命科學院，通（tōng）過對骨骼等的研究進行仿生機器的生（shēng）產，以用於航天或工業輔助用途。“這些仿生機器會在很嚴（yán）苛的環境下工作，對零部件的要求很（hěn）高。”

　　可見，對賣方而言，工藝門檻太高；對（duì）買方而言，國產貨沒有保障。“一個向（xiàng）左、一個向右”的局麵，形成了依賴進口、內生乏力的惡性循環。

　　行業外，材料不夠純

　　除了（le）生產工藝（yì），材料純（chún）度也是（shì）從實驗室到工業生產的“扼咽之處”。

　　“導電橡膠、導電塑料、碳納米管、石墨烯等都是可用作觸覺傳感器（qì）的材料。”宋愛國說，國內的（de）材料質量、生產水平並不穩定，“石墨烯的生產應該還（hái）可以，但是用石墨烯製作傳感器的技術還不成熟”。

　　為了獲得高品質的（de）材料，宋愛（ài）國實驗室會自己（jǐ）用導電膏製作符（fú）合標準的導電橡膠。導電（diàn）橡膠通過將（jiāng）玻璃鍍銀、鋁鍍銀、銀等眾多導電顆粒均勻分布在矽橡膠中製（zhì）成（chéng）。擠壓可以讓導（dǎo）電顆粒相互連接，從而產生電流。分布越均勻，電流產生與壓力的關係越有規律。

　　技術複雜，另一道（dào）坎

　　日漸（jiàn）複（fù）雜（zá）的技術（shù）也讓國產產（chǎn）品（pǐn）落得越來越遠。

　　一片巴掌大小的日本（běn）陣列（liè）式傳感器售價10萬元，並能（néng）保持嚴格的均一、穩定性（xìng）。而國內產品多為一點式的（de），一般100元（yuán）一個。

　　宋愛國介（jiè）紹，日本陣列式傳感器能在10厘（lí）米×10厘米大小的（de）基質中分（fèn）布100個敏感元件，由於襯底柔軟（ruǎn），對（duì）不同方（fāng）向力的計算以及力之間耦合幹擾的消除使得敏感元件越多、相互之間的距離越短，越難做到準確（què）地（dì）輸出。日本在產業化方麵較為領先，其他國家大多處於實驗（yàn）室階段。

　　此外，每個敏感元（yuán）件的受力維度也增加了技（jì）術的複雜（zá）性，施力有六個維度（dù）（X、Y、Z軸3個方（fāng）向，以及對應的力（lì）矩方向），維度之間的耦合幹擾如何消除也是需要在基礎（chǔ）研究上發力的環節。“著名的波士頓動力翻跟頭機器人用（yòng）的（de）僅是三維（wéi）的觸覺傳感器。”宋（sòng）愛國說。

　　有布局，但轉化難推進

　　我國在（zài）觸覺傳感器的一種——多維力傳感器的研究方麵，很早就進行了布局（jú）。宋愛國介紹，1987年東南大學和（hé）中國（guó）科學院合肥機械智能研究所獲得863重點專項（xiàng）的支持，研製六維力傳感器。“靜態精度已經達（dá）到誤差率僅為1％—2％，和世界先進水平差不多。”宋愛國坦言，但是動態精度還需進一步攻關，動（dòng）態耦合誤差在5％—10％左右，“例如尚未達到（dào）有高速打磨任務的工業機器人的（de）使用要求”。

　　但是，從成本上（shàng）看，“目前的工業機器人平均造價是12萬元左右，一個六維力（lì）傳感器成本就要3萬餘元，目前（qián）的國內工（gōng）業機器人市場（chǎng）還不具備規模化生產這一產品的條件（jiàn）。”宋愛國說。相較而言，美國（guó）ATI工業自動化公司的相關產品（pǐn），成本已下降到每個2—3萬元。

　　不可否（fǒu）認的是，在原創技術的追趕中（zhōng），後來者必須繞（rào）過先行者的相關專利保護，除非找（zhǎo）到明顯更優解，否則很可能會因為（wéi）繞過專（zhuān）利而提高（gāo）技（jì）術達成的門（mén）檻，大多數時候，傳說中的“變道超車”要靠運氣。

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