
掌握觸覺傳感器便是在國際上掌握了又一核心技術。
近日,由中國工程院、國家制造強國建設戰略咨詢委員會指導,國家產業基礎專家委員會編制的《產業基礎創新發展目錄(2021年版)》??梢哉f,這份清單是科技發展的風向標,也是科技強國的藍圖。
在清單基礎零部件和元器件部分,共有37項重點項目被收錄,高精度壓力傳感元件和機器人用力傳感器便是其中重點,與觸覺傳感器聯系密切,在機器人、醫療、精密加工等領域都有廣泛應用。
給一個壓力,還一個電信號。觸覺傳感器的簡單轉變就能讓真實世界以“二進制”的方式傳給機器人……具體來講,傳感器只是一種檢測裝置,它能夠將感受到的信息進行傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等功能。傳感器擁有微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化和網絡化等特點,可以說,傳感器就像是給物體安裝上了各種器官,讓物體擁有了包括味覺、嗅覺和觸覺等在內的諸多感官。
而觸覺傳感器則是用于機器人中模仿觸覺功能的傳感器,是工業機器人核心部件。可以說,掌握觸覺傳感器便是在國際上掌握了又一核心技術。

然而,目前國內傳感器企業大多從事氣體、溫度等類型傳感器的生產,幾乎沒有傳感器制造商進行觸覺傳感器的生產。多重因素影響下,我國觸覺傳感器產品與技術正經歷著“漸行漸遠”的尷尬局面。
我國傳感器產業面臨巨大挑戰
盡管我國傳感器產業近年來發展迅速,應用模式也日漸成熟,但是,正如上述背景所說,在國際觸覺傳感器技術不斷攀升的背景下,我國產業檔次偏低、技術創新能力較差,低端傳感器過剩而中高端被國外壟斷等問題突出,顯然我國的傳感器產業與國外差距較大。
目前全球的傳感器市場主要由美國、日本和德國這幾個國家的龍頭企業主導,與全世界超過2萬種傳感器相比,美國在市場中占據了其中將近1.7萬多種傳感器,而中國國內僅僅只能生產其中的1/3。
而在產品的水平與質量上,我國與世界的差距也較為明顯??梢哉f,在傳感器領域,我國的整體水平要遠遠落后那些傳感器強國,不管是在傳感器設計、制造,還是傳感器應用和產業化等技術方面都與國外有著明顯差距,也因此處處被卡脖子。這樣的窘境,甚至在一定程度傳感器技術發展滯后已掣肘國內戰略性新興產業的順利推進。

產業基礎創新發展目錄(2021年版)
多年來,雖然我國一直試圖改變中高端傳感器需要依賴進口的不利局面,我國的專家、學者、研究人員經過努力,也取得理論和專利上的創新。但現實的問題是,由于中高端傳感器對技術要求極高,而我國目前又無法突破這方面的技術壁壘,因此出現了面對中高端傳感器,“利潤低、突破技術壁壘的難度大,大企業不愿做;小企業即便有心,也沒有相對應的技術和資金實力去做”的尷尬局面。
解決觸覺傳感器“卡脖子”問題刻不容緩
我國觸覺傳感器領域面臨的危機有多嚴重?以高精度壓力傳感器為例,制造高精度壓力傳感器的核心壓力傳感元件,很多依然需要進口。這不僅阻礙著計算機的發展,更因為進口核心元器件需要占據了傳感器廠商很大的成本,導致國內大部分壓力傳感器廠商一直處于低利潤率狀態。

高精度壓力傳感器
另一方面,材料純度等也是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的材料。而國內的材料質量、生產水平并不穩定。
針對國際大環境, 2021年以來,工業和信息化部等部門先后出臺《基礎電子元器件產業發展行動計劃(2021—2023年)》《物聯網新型基礎設施建設三年行動計劃(2021-2023年)》等文件,開展傳感類元器件等重點產品高端提升行動,重點補齊高端傳感器、物聯網芯片等產業短板。上海、浙江、江蘇、河南等多地相繼發布加快智能傳感器產業發展及產業園區建設的相關政策措施,有力推動了產業發展。
專家則認為,我國面對觸覺傳感器“卡脖子”,一定要注重提升傳感器產業鏈合作水平,整合上下游技術,主動出擊、狠下功夫補鏈、強鏈,找到傳感器技術等短板弱項的定點攻關和突破方向。
三維/六維觸覺傳感器或成為最佳“突破口”
想要在觸覺傳感器領域實現突破,當前的重點工作,則需要更多地關注在多維力/力矩傳感器的應用領域。
國內對六維力傳感器的研究于上世紀80年代初期開始,中科院合肥智能機械研究所于1987 年研制出我國第一臺六維腕力傳感器,之后陸續有哈爾濱工業大學、華中理工大學、東南大學等單位研制出多種規格的多維力/力矩傳感器,展現了我國多維力/力矩信息獲取研究領域的蓬勃發展態勢。
目前,在這一方向上,各方更加專注的問題包括:現代工業機器人怎么樣充分利用多維力/力矩傳感器以及其它感知系統來完成各種環境下更多更復雜的機器人作業,使工作更加精確、生產效率更高、成本更低;如將多維力/力矩傳感器利用到工業機器人自動裝配生產線,結合更實時更有效的算法,使智能工業機器人能夠更好的進行精密柔性機械裝配、輪廓跟蹤等作業。

多維力傳感器
伴隨著燕山大學、哈工大,大連理工等高校逐漸深入這一課題。國內企業在該領域的探索也逐漸進入深水區,例如海伯森技術(深圳)有限公司、南京神源生智能科技有限公司等都已經加入這一賽道。
以專注三維/六維觸覺傳感器研發生產的帕西尼感知科技為例,已面世的PX系列傳感器,已經能夠達到高端機器人需要的參數要求。相信隨著產業鏈的不斷完善,更多場景的落地,在觸覺傳感領域的國產替代浪潮即將來到。
總的來講,隨著全球新一輪科技革命和產業變革深入發展,5G、人工智能、物聯網、大數據、云計算等技術不斷突破,作為與外界環境交互的重要手段和感知信息的主要來源,智能傳感器市場需求日益旺盛。中國工業和信息化部電子信息司副司長楊旭東近日則表示,產業發展迎來巨大歷史機遇。預計到2023年,中國傳感器市場規模將突破3800億元。

